Pesquisadores do MIT propuseram um novo sistema que combina materiais ferroelétricos - o tipo frequentemente usado para armazenamento de dados - com grafeno, uma forma bidimensional de carbono conhecida por suas propriedades eletrônicas e mecânicas excepcionais. A tecnologia híbrida resultante pode eventualmente levar a chips de computador e armazenamento de dados que embalam mais componentes em uma determinada área e são mais rápidos e consomem menos energia.

O novo sistema funciona controlando ondas chamadas de plasmons de superfície. Essas ondas são oscilações de elétrons confinados em interfaces entre materiais; no novo sistema, as ondas operam em frequências terahertz. Essas frequências situam-se entre as da luz infravermelha distante e as transmissões de rádio de micro-ondas, e são considerados ideais para dispositivos de computação de última geração.

As descobertas foram relatadas em um artigo em Cartas de Física Aplicada pelo professor associado de engenharia mecânica Nicholas Fang, pós-doutorado Dafei Jin e três outros.

O sistema forneceria uma nova maneira de construir dispositivos interconectados que usam ondas de luz, como cabos de fibra óptica e chips fotônicos, com fios e dispositivos eletrônicos. Atualmente, esses pontos de interconexão geralmente formam um gargalo que retarda a transferência de dados e aumenta o número de componentes necessários.

O novo sistema da equipe permite que as ondas se concentrem em escalas de comprimento muito menores, o que poderia levar a um ganho de dez vezes na densidade de componentes que poderiam ser colocados em uma determinada área de um chip, Fang diz.

O dispositivo de prova de conceito inicial da equipe usa um pequeno pedaço de grafeno imprensado entre duas camadas de material ferroelétrico para tornar simples, guias de ondas plasmônicas comutáveis. Este trabalho usou niobato de lítio, mas muitos outros materiais podem ser usados, dizem os pesquisadores.

A luz pode ser confinada nestes guias de onda até uma parte em algumas centenas do comprimento de onda do espaço livre, Jin diz, o que representa uma melhoria de ordem de magnitude em relação a qualquer sistema de guia de ondas comparável. "Isso abre áreas interessantes para a transmissão e processamento de sinais ópticos, " ele diz.

Além disso, o trabalho pode fornecer uma nova maneira de ler e gravar dados eletrônicos em dispositivos de memória ferroelétrica em alta velocidade, dizem os pesquisadores do MIT.

Dimitri Basov, um professor de física da Universidade da Califórnia em San Diego que não estava ligado a esta pesquisa, diz a equipe do MIT "propôs uma estrutura plasmônica muito interessante, adequado para operação na faixa tecnologicamente significativa [terahertz]. … Estou confiante de que muitos grupos de pesquisa tentarão implementar esses dispositivos. "

Basov adverte, Contudo, "A questão principal, como em todos os plasmônicos, são perdas. As perdas precisam ser totalmente exploradas e compreendidas. "

Além de Fang e Jin, a pesquisa foi realizada pelo estudante graduado Anshuman Kumar, ex-pós-doutorado Kin Hung Fung (agora na Universidade Politécnica de Hong Kong), e o cientista pesquisador Jun Xu. Foi apoiado pela National Science Foundation e pelo Air Force Office of Scientific Research.