p Pesquisadores trabalhando para Juerg Leuthold, Professor de Fotônica e Comunicações, criaram o menor switch óptico integrado do mundo. Aplicar uma pequena voltagem faz com que um átomo se reposicione, ligando ou desligando a chave. p A quantidade de dados trocados por meio de redes de comunicação em todo o mundo está crescendo a uma taxa impressionante. O volume de dados para comunicações com fio e móveis está aumentando atualmente em 23% e 57%, respectivamente, a cada ano. É impossível prever quando esse crescimento vai acabar. Isso também significa que todos os componentes da rede devem ser constantemente mais eficientes.

p Esses componentes incluem os chamados moduladores, que convertem a informação que está originalmente disponível na forma elétrica em sinais ópticos. Os moduladores, portanto, nada mais são do que interruptores elétricos rápidos que ligam ou desligam um sinal de laser na frequência dos sinais elétricos de entrada. Os moduladores são instalados em centros de dados aos milhares. Contudo, todos eles têm a desvantagem de serem muito grandes. Medindo alguns centímetros de diâmetro, eles ocupam muito espaço quando usados ​​em grande número.

p De micromoduladores a nanomoduladores

p Seis meses atrás, um grupo de trabalho liderado por Jürg Leuthold, O professor de fotônica e comunicações já conseguiu provar que a tecnologia poderia se tornar menor e mais eficiente em termos de energia. Como parte desse trabalho, os pesquisadores apresentaram um micromodulador medindo apenas 10 micrômetros de diâmetro - ou 10, 000 vezes menor que os moduladores de uso comercial.

p Leuthold e seus colegas agora levaram isso para o próximo nível, desenvolvendo o menor modulador óptico do mundo. E isso é provavelmente o mais pequeno possível:o componente opera no nível de átomos individuais. A pegada foi, portanto, ainda mais reduzida por um fator de 1, 000 se você incluir o interruptor junto com as guias de luz. Contudo, o switch em si é ainda menor, com um tamanho medido na escala atômica. O mais recente desenvolvimento da equipe foi recentemente apresentado na revista. Nano Letras .

p Na verdade, o modulador é significativamente menor do que o comprimento de onda da luz usado no sistema. Em telecomunicações, sinais ópticos são transmitidos usando luz laser com comprimento de onda de 1,55 micrômetros. Normalmente, um dispositivo óptico não pode ser menor do que o comprimento de onda que deve processar. "Até recentemente, até eu pensei que era impossível para nós reduzir esse limite, "enfatiza Leuthold.

p Nova estrutura

p Mas seu cientista sênior Alexandros Emboras provou que as leis da ótica estavam erradas ao reconfigurar com sucesso a construção de um modulador. Esta construção tornou possível penetrar na ordem de magnitude dos átomos individuais, mesmo que os pesquisadores estivessem usando luz com um "comprimento de onda padrão".

p O modulador de Emboras consiste em duas pequenas almofadas, um feito de prata e outro de platina, em cima de um guia de ondas óptico de silicone. As duas almofadas estão dispostas lado a lado a uma distância de apenas alguns nanômetros, com uma pequena protuberância na almofada de prata projetando-se na lacuna e quase tocando a almofada de platina.

p Curto-circuito graças a um átomo de prata

p E é assim que o modulador funciona:a luz que entra de uma fibra óptica é guiada para a entrada da lacuna pelo guia de ondas óptico. Acima da superfície metálica, a luz se transforma em um plasmon de superfície. Um plasmon ocorre quando a luz transfere energia para os elétrons na camada atômica mais externa da superfície do metal, fazendo com que os elétrons oscilem na frequência da luz incidente. Essas oscilações eletrônicas têm um diâmetro muito menor do que o próprio raio de luz. Isso permite que eles entrem na lacuna e passem pelo gargalo. Do outro lado da lacuna, as oscilações de elétrons podem ser convertidas de volta em sinais ópticos.

p Se uma tensão agora for aplicada à almofada de prata, um único átomo de prata ou, no máximo, alguns átomos de prata se movem em direção à ponta da ponta e se posicionam no final dela. Isso cria um curto-circuito entre as almofadas de prata e platina, para que a corrente elétrica flua entre eles. Isso fecha a brecha para o plasmon; a chave vira e o estado muda de "ligado" para "desligado" ou vice-versa. Assim que a tensão cair abaixo de um certo limite novamente, um átomo de prata se move para trás. A lacuna se abre, o plasmon flui, e a chave está "ligada" novamente. Este processo pode ser repetido milhões de vezes.

p Professor ETH Mathieu Luisier, que participaram deste estudo, simulou o sistema usando um computador de alto desempenho no CSCS em Lugano. Isso lhe permitiu confirmar que o curto-circuito na ponta da ponta de prata é provocado por um único átomo.

p Um sinal verdadeiramente digital

p Como o plasmon não tem outras opções a não ser passar pelo gargalo completamente ou não, isso produz um sinal verdadeiramente digital - um ou zero. "Isso nos permite criar um switch digital, como com um transistor. Há muito tempo que procuramos uma solução como esta, "resume Leuthold.

p Por enquanto, o modulador não está pronto para produção em série. Embora tenha a vantagem de operar em temperatura ambiente, ao contrário de outros dispositivos que funcionam usando efeitos quânticos nesta ordem de magnitude, ainda permanece muito lento para um modulador:até agora, ele só funciona para alternar frequências na faixa de megahertz ou abaixo. Os pesquisadores da ETH querem fazer o ajuste fino para frequências na faixa de gigahertz a terahertz.

p Melhorar o processo de litografia

p Os pesquisadores também querem melhorar ainda mais o método de litografia, que foi reconstruído pela Emboras do zero para construir as peças, para que componentes como este possam ser produzidos de forma confiável no futuro. Atualmente, a fabricação só tem sucesso em uma em cada seis tentativas. No entanto, os pesquisadores consideram isso um sucesso, já que os processos de litografia na escala atômica permanecem um território desconhecido.

p Para continuar sua pesquisa sobre o nanomodulador, Leuthold fortaleceu sua equipe. Contudo, ele aponta que maiores recursos seriam necessários para desenvolver uma solução comercialmente disponível. Apesar disso, o professor da ETH está confiante de que ele e sua equipe serão capazes de apresentar uma solução viável nos próximos anos.