p Milhares de quilômetros de cabos de fibra óptica cruzam o globo e empacotam tudo, desde dados financeiros a vídeos de gatos. Mas quando o sinal chega ao seu data center local, ele atinge um gargalo de silício. Em vez de luz, computadores funcionam com elétrons que se movem através de chips baseados em silício, que, apesar dos enormes avanços, ainda são menos eficientes do que a fotônica. p Para quebrar esse gargalo, pesquisadores estão tentando integrar fotônica em dispositivos de silício. Eles desenvolveram lasers - um componente crucial dos circuitos fotônicos - que funcionam perfeitamente com o silício. Em um jornal publicado esta semana em APL Photonics , pesquisadores da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara escreveu que o futuro dos lasers baseados em silício pode estar em minúsculos, estruturas semelhantes a átomos chamadas pontos quânticos.

p Esses lasers podem economizar muita energia. Substituir os componentes eletrônicos que conectam dispositivos com componentes fotônicos pode reduzir o uso de energia em 20 a 75 por cento, Justin Norman, um estudante de graduação na UC Santa Barbara, disse. "É um corte substancial no consumo global de energia apenas por ter uma maneira de integrar lasers e circuitos fotônicos com silício."

p Silício, Contudo, não tem as propriedades certas para lasers. Em vez disso, os pesquisadores se voltaram para uma classe de materiais dos Grupos III e V da tabela periódica porque esses materiais podem ser integrados ao silício.

p Inicialmente, os pesquisadores lutaram para encontrar um método de integração funcional, mas acabou usando pontos quânticos porque eles podem ser cultivados diretamente no silício, Disse Norman. Os pontos quânticos são partículas semicondutoras de apenas alguns nanômetros de largura - pequenas o suficiente para se comportarem como átomos individuais. Quando conduzido com corrente elétrica, elétrons e buracos carregados positivamente ficam confinados nos pontos e se recombinam para emitir luz - uma propriedade que pode ser explorada para fazer lasers.

p Os pesquisadores fizeram seus lasers de pontos quânticos III-V usando uma técnica chamada epitaxia de feixe molecular. Eles depositam o material III-V no substrato de silício, e seus átomos se auto-montam em uma estrutura cristalina. Mas a estrutura cristalina do silício difere dos materiais III-V, levando a defeitos que permitem que elétrons e buracos escapem, desempenho degradante. Felizmente, como os pontos quânticos são agrupados em altas densidades - mais de 50 bilhões de pontos por centímetro quadrado - eles capturam elétrons e buracos antes que as partículas se percam.

p Esses lasers têm muitas outras vantagens, Disse Norman. Por exemplo, os pontos quânticos são mais estáveis ​​em circuitos fotônicos porque têm estados de energia semelhantes aos de átomos. Eles também podem funcionar com menos energia porque não precisam de tanta corrente elétrica. Além disso, eles podem operar em temperaturas mais altas e ser reduzidos a tamanhos menores.

p Só no ano passado, pesquisadores fizeram progressos consideráveis ​​graças aos avanços no crescimento material, Disse Norman. Agora, os lasers operam a 35 graus Celsius sem muita degradação e os pesquisadores relatam que a vida útil pode ser de até 10 milhões de horas.

p Eles agora estão testando lasers que podem operar de 60 a 80 graus Celsius, a faixa de temperatura mais típica de um data center ou supercomputador. Eles também estão trabalhando no projeto de guias de ondas epitaxiais e outros componentes fotônicos, Disse Norman. "De repente, " ele disse, "fizemos tanto progresso que as coisas parecem um pouco mais no curto prazo."