O futuro parece brilhante para os circuitos integrados fotônicos (PICs), pois eles parecem destinados ao uso em computação quântica e tecnologias de aprendizado profundo. Como os PICs carregam sinais de luz em vez de sinais elétricos, o controle preciso de suas propriedades refrativas é essencial. As técnicas tradicionais de programação de dispositivos fotônicos dependem da exposição à luz e ao calor. Contudo, isso leva a um alto consumo de energia e requer circuitos de controle complexos.

Pesquisadores de dois departamentos diferentes da Universidade de Tecnologia de Eindhoven desenvolveram uma abordagem nova e não tradicional baseada em polímero que reduz significativamente o tempo de programação e aumenta as possibilidades de programação para PICs. Isso poderia melhorar radicalmente o rendimento da fabricação de PICs programáveis. A pesquisa foi publicada em Materiais Óticos Avançados .

Os circuitos integrados fotônicos reprogramáveis ​​(PICs) manipulam o caminho dos sinais de luz portadores de dados e são feitos de materiais cujo índice de refração pode ser alterado. Para maximizar o controle do sinal e minimizar as perdas ópticas, um robusto, É necessário um método confiável e rápido para fazer PICs.

Com isso em mente, pesquisadores do departamento de Engenharia Elétrica (liderado pelo Dr. Mahir Mohammed e o Professor Associado Oded Raz) e do departamento de Engenharia Química e Química (liderado por Christian Sproncken e Professor Ilja Voets) desenvolveram um novo método de fabricação para PICs programáveis ​​que envolve revestir materiais fotônicos com polímeros cujas propriedades ópticas podem ser amplamente ajustadas em questão de minutos, usando soluções ácidas de pH variável. Esta é uma abordagem nova e única para fazer PICs programáveis, pois envolve o uso de polímeros e soluções ácidas, em vez de expor materiais fotônicos à luz e, em seguida, regular as propriedades refrativas usando calor.

Revestimento PEM para dispositivos fotônicos

Antes de fabricar os novos dispositivos fotônicos revestidos com polímero, os pesquisadores primeiro confirmaram que as propriedades ópticas de multicamadas de polieletrólito responsivo (PEM) - um material que é composto de várias camadas de PEM - podem ser alteradas reversivelmente. Amostras de silício revestidas com PEM foram submetidas a ciclos de acidificação e neutralização por imersão alternada das amostras em soluções de pH variável. Uma solução de baixo pH (altamente ácida) levou a camadas de PEM finas com alto índice de refração, enquanto soluções de pH mais alto (menos ácidas) resultaram em camadas de PEM espessas com um índice de refração mais baixo. A diminuição do índice de refração se deve ao aumento do número de orifícios (aumento da porosidade) do material.

Os autores então colocaram um revestimento PEM primeiro inteiramente e depois parcialmente sobre um dispositivo fotônico. Usando o processo de acidificação cíclica, eles variavam a espessura do revestimento (e, como resultado, seu índice de refração). Esta nova abordagem oferece uma ampla gama de controle e flexibilidade quando se trata de produzir dispositivos fotônicos programáveis. Mais importante, os dispositivos podem ser programados em questão de minutos usando a abordagem. Ainda mais impressionante, o estado programado é não volátil e estável por até 15 semanas.

Estímulo para colaboração

O estímulo para esta colaboração interdepartamental veio de Mahir Mohammed:"Eu li um artigo de 2002 de um grupo no MIT que demonstrou que o índice de refração do PEM pode ser alterado usando soluções ácidas. Entramos em contato com o departamento do CEC e nos encontramos com Ilja Voets e seu grupo. O resto, como dizem, é história. " Coautor Christian Sproncken, um Ph.D. candidato no Grupo de Matéria Macia Auto-Organizadora de Ilja Voets, observado, "Foi ótimo usar técnicas da minha área de uma maneira diferente. Muitos verão isso como uma forma não tradicional de fazer PICs, mas mostramos o que é possível com esta abordagem! "

De acordo com Oded Raz, "Esta é uma direção inteiramente nova para fazer fotônica reconfigurável e abre caminho para a produção em massa de baixo custo de PICs reprogramáveis", enquanto Ilja Voets também ficou entusiasmado com as descobertas:"Colaborações multidisciplinares oferecem uma oportunidade de progredir simultaneamente em vários campos. Este estudo mostrou que nossa experiência em polímeros pode ser aplicada de uma maneira nova e refrescante, levando ao potencial de componentes fotônicos essenciais no futuro tecnologias fotônicas. "