Circuitos integrados fotônicos que usam luz em vez de eletricidade para computação e processamento de sinal prometem maior velocidade, aumento da largura de banda, e maior eficiência energética do que os circuitos tradicionais de eletricidade.

Mas eles ainda não são pequenos o suficiente para competir em computação e outras aplicações onde os circuitos elétricos continuam a reinar.

Os engenheiros elétricos da Universidade de Rochester acreditam que deram um passo importante para resolver o problema. Usando um material amplamente adotado por pesquisadores de fotônica, a equipe de Rochester criou o menor modulador eletro-óptico até então. O modulador é um componente chave de um chip baseado em fotônica, controlar como a luz se move através de seus circuitos.

No Nature Communications , o laboratório de Qiang Lin, professor de engenharia elétrica e da computação, descreve o uso de uma película fina de niobato de lítio (LN) ligado a uma camada de dióxido de silício para criar não apenas o menor modulador de LN ainda, mas também aquele que opera em alta velocidade e é energeticamente eficiente.

Isso "abre uma base crucial para a realização de circuitos integrados fotônicos LN em grande escala que são de imensa importância para amplas aplicações em comunicação de dados, fotônica de microondas, e fotônica quântica, "escreve o autor principal Mingxiao Li, um estudante de pós-graduação no laboratório de Lin.

Um material robusto

Por causa de suas excelentes propriedades ópticas eletro-ópticas e não lineares, o niobato de lítio "se tornou um sistema de material robusto para pesquisa e desenvolvimento de fotônica, "Lin diz." No entanto, os atuais dispositivos fotônicos LN, feitas em cristal a granel ou plataforma de película fina requerem grandes dimensões e são difíceis de reduzir em tamanho, o que limita a eficiência da modulação, consumo de energia, e o grau de integração do circuito. Um grande desafio consiste em fazer estruturas fotônicas nanoscópicas de alta qualidade com alta precisão. "

O projeto do modulador se baseia no uso anterior do laboratório de niobato de lítio para criar uma nanocavidade fotônica - outro componente-chave em chips fotônicos. Com apenas cerca de um mícron de tamanho, a nanocavidade pode sintonizar comprimentos de onda usando apenas dois a três fótons em temperatura ambiente - "a primeira vez que sabemos que até dois ou três fótons foram manipulados dessa forma em temperatura ambiente, "Diz Lin. Esse dispositivo foi descrito em um artigo em Optica .

O modulador pode ser usado em conjunto com uma nanocavidade na criação de um chip fotônico em nanoescala.