p Pesquisadores de todo o mundo estão trabalhando para desenvolver chips ópticos, onde a luz pode ser controlada com nanoestruturas. Eles poderiam ser usados ​​para futuros circuitos baseados em luz (fótons) em vez de elétrons - ou seja, fotônica em vez de eletrônica. Mas provou ser impossível alcançar nanoestruturas fotônicas perfeitas:elas são inevitavelmente um pouco imperfeitas. Agora, pesquisadores do Niels Bohr Institute em colaboração com a DTU descobriram que nanoestruturas imperfeitas podem oferecer funcionalidades totalmente novas. Eles mostraram que chips ópticos imperfeitos podem ser usados ​​para produzir 'nanolasers', que é uma fonte de luz compacta e eficiente em termos de energia. Os resultados são publicados na revista científica Nature Nanotechnology . p Os pesquisadores estão trabalhando com membranas de cristal fotônico extremamente pequenas - a largura da membrana é de 25 micrômetros, e a espessura é de 340 nanômetros (1 nanômetro é um milésimo de um micrômetro). Os cristais são feitos de arsenieto de gálio (GaAs), material semicondutor. Um padrão de orifícios é gravado no material a uma distância regular de 380 nanômetros. Os furos têm a função de atuar como espelhos embutidos que refletem a luz e, portanto, podem ser usados ​​para controlar a propagação da luz no chip óptico. Os pesquisadores, portanto, tentaram alcançar uma estrutura regular de orifícios tão perfeita quanto possível para controlar a luz em determinado circuito óptico.

p Desordem inevitável explorada

p Mas na prática é impossível evitar pequenas irregularidades durante a fabricação dos chips ópticos e isso pode ser um grande problema, pois pode resultar na perda de luz e, portanto, redução da funcionalidade. Pesquisadores do Instituto Niels Bohr agora transformaram o problema das imperfeições em uma vantagem.

p "Acontece que os chips ópticos imperfeitos são extremamente adequados para capturar luz. Quando a luz é enviada para o chip imperfeito, vai bater em muitos pequenos orifícios irregulares, que refletem a luz em direções aleatórias. Devido às reflexões frequentes, a luz é capturada espontaneamente na nanoestrutura e não pode escapar. Isso permite que a luz seja amplificada, resultando em condições surpreendentemente boas para a criação de lasers compactos e altamente eficientes, "explica Peter Lodahl, professor e chefe do grupo de pesquisa Quantum Photonic do Niels Bohr Institute da Universidade de Copenhagen.

p Experimente com luz embutida

p Os pesquisadores em Fotônica Quântica do Instituto Niels Bohr, liderado pelo Professor Peter Lodahl e Professor Associado Søren Stobbe, projetou o cristal fotônico e realizou os estudos experimentais nos laboratórios do grupo de pesquisa.

p A fonte de luz é integrada ao próprio cristal fotônico e é composta por uma camada de átomos artificiais que emitem luz (o componente básico da luz são os fótons). Os fótons são enviados através do cristal, que é transparente como vidro e tem um padrão de pequenos orifícios. Quando um fóton atinge um orifício, ele é refletido e canalizado para o chamado guia de ondas, que é uma 'trilha de fótons' que pode ser usada para guiar os fótons através do cristal fotônico. Contudo, devido aos orifícios imperfeitos, a luz será projetada para frente e para trás no guia de ondas do cristal fotônico, intensificando-o e transformando-o em luz laser.

p O resultado é uma luz laser em escala nanométrica e os pesquisadores veem um grande potencial nisso.

p O sonho de uma Internet quântica

p "O fato de podermos controlar a luz e produzir luz laser em escala nanométrica pode ser usado para criar circuitos baseados em fótons em vez de elétrons, abrindo assim o caminho para a tecnologia de comunicação quântica óptica no futuro. Com fontes de laser integradas, poderemos integrar componentes ópticos e permitir a construção de funcionalidades complexas. Nosso maior sonho é construir uma 'internet quântica', onde as informações são codificadas em fótons individuais, "explica Peter Lodahl e Søren Stobbe, que estão entusiasmados com os resultados, que mostram que a desordem inevitável no chip óptico não é uma limitação e pode até ser explorada nas condições certas.