Os pesquisadores descobriram uma nova maneira de projetar dispositivos optoeletrônicos esticando um material bidimensional no topo de uma plataforma fotônica de silício. Usando este método, cunhada strainoptronics por uma equipe liderada pelo professor Volker Sorger da George Washington University, os pesquisadores demonstraram pela primeira vez que um material 2-D enrolado em um guia de onda fotônica de silício em nanoescala cria um novo fotodetector que pode operar com alta eficiência no comprimento de onda de 1550 nanômetros de tecnologia crítica.

Essa nova fotodetecção pode promover comunicações futuras e sistemas de computador, especialmente em áreas emergentes, como aprendizado de máquina e redes neurais artificiais.

A demanda cada vez maior de dados das sociedades modernas requer uma conversão mais eficiente de sinais de dados no domínio óptico, de internet de fibra ótica a dispositivos eletrônicos, como um smartphone ou laptop. Este processo de conversão de sinais ópticos em elétricos é realizado por um fotodetector, um bloco de construção crítico em redes ópticas.

Os materiais 2-D têm propriedades científicas e tecnologicamente relevantes para fotodetectores. Por causa de sua forte absorção óptica, projetar um fotodetector baseado em material 2-D permitiria uma foto-conversão aprimorada, e, portanto, transmissão de dados e telecomunicações mais eficientes. Contudo, Materiais semicondutores 2-D, tais como aqueles da família de dichalcogenetos de metais de transição, tenho, até aqui, tem sido incapaz de operar com eficiência em comprimentos de onda de telecomunicações devido ao grande gap óptico e baixa absorção.

Strainoptronics fornece uma solução para esta lacuna e adiciona uma ferramenta de engenharia para os pesquisadores modificarem as propriedades elétricas e ópticas de materiais 2-D, e, portanto, os fotodetectores baseados em material 2-D pioneiros.

Percebendo o potencial da strainoptrônica, os pesquisadores estenderam uma camada ultrafina de telureto de molibdênio, um semicondutor de material 2-D, em cima de um guia de onda fotônico de silício para montar um novo fotodetector. Em seguida, eles usaram seu recém-criado "botão de controle" de strainoptronics para alterar suas propriedades físicas para reduzir o bandgap eletrônico, permitindo que o dispositivo opere em comprimentos de onda próximos ao infravermelho, nomeadamente no comprimento de onda relevante de telecomunicações (banda C) à volta de 1550 nm.

Os pesquisadores observaram um aspecto interessante de sua descoberta:a quantidade de deformação que esses materiais semicondutores 2-D podem suportar é significativamente maior quando comparada aos materiais a granel para uma determinada quantidade de deformação. Eles também observam que esses novos fotodetectores baseados em material 2-D são 1, 000 vezes mais sensível em comparação com outros fotodetectores que utilizam grafeno. Fotodetectores capazes de tal sensibilidade extrema são úteis não apenas para aplicações de comunicação de dados, mas também para sensores médicos e possivelmente até sistemas de informação quântica.

"Nós não apenas encontramos uma nova maneira de projetar um fotodetector, mas também descobriu uma nova metodologia de design para dispositivos optoeletrônicos, que denominamos 'streptrônica'. Esses dispositivos possuem propriedades únicas para comunicação óptica de dados e para redes neurais artificiais fotônicas emergentes usadas em aprendizado de máquina e IA, "declarou Volker Sorger, professor associado de engenharia elétrica e da computação na GW

"Interessantemente, ao contrário de materiais a granel, materiais bidimensionais são candidatos particularmente promissores para a engenharia de deformação porque podem suportar grandes quantidades de deformação antes da ruptura. No futuro próximo, queremos aplicar tensão dinamicamente a muitos outros materiais bidimensionais na esperança de encontrar possibilidades infinitas para otimizar dispositivos fotônicos, "concluiu Rishi Maiti, pós-doutorado no departamento de engenharia elétrica e informática da GW