Uma nova maneira de orientar a luz com eficiência em pequenas escalas foi demonstrada por uma equipe totalmente A * STAR. Seu método, que envolve o alinhamento de nanopartículas de silício, é promissor para aplicações como circuitos integrados baseados em luz, biossensores e comunicações quânticas.

O transporte de luz em pequenas escalas é crítico para muitas aplicações e é comumente realizado usando guias de ondas retangulares de silício - o circuito óptico equivalente a fios em circuitos eletrônicos. Para reduzir ainda mais os dispositivos, nanopartículas metálicas têm sido exploradas como alternativa, mas embora sejam muito bons em confinar a luz a pequenas escalas, eles tendem a vazar muita luz.

Agora, Reuben Bakker, Arseniy Kuznetsov e seus colegas do A * STAR Data Storage Institute criaram um método mais eficiente que envolve uma série de nanopartículas de silício cilíndricas. A primeira nanopartícula é excitada usando luz e, em seguida, um microscópio óptico de varredura de campo próximo mede a luz que atinge outra nanopartícula mais abaixo na linha (veja a imagem). Quando eles fizeram isso, a equipe descobriu que a queda na intensidade da luz foi baixa.

"Esta é a primeira demonstração experimental que mostra que os ressonadores acoplados podem guiar a luz de forma muito eficiente em dimensões fortemente abaixo do comprimento de onda e em comprimentos de várias centenas de micrômetros, "diz Kuznetsov." É o primeiro passo em direção a uma abordagem completamente nova para fotônica de silício. "

As nanopartículas não estão em contato direto umas com as outras. Em vez de, a luz é transferida para a próxima partícula por meio de ressonâncias de campo magnético. "Cada uma dessas partículas é um dispersor ressonante - então, se você pegar uma partícula, ela espalhará a luz em todas as direções, "explica Kuznetsov." Mas quando alinhamos todas essas partículas, eles funcionam como um único guia de ondas sem vazar luz. "

Uma grande vantagem do uso de nanopartículas de silício é que elas são compatíveis com os processos de fabricação usados ​​atualmente pela indústria de semicondutores. "Você pode usar os mesmos processos CMOS para fazer fotônica de silício, "diz Kuznetsov." Basta alterar a máscara e o layout e adicionar outros componentes sem quaisquer complicações adicionais. "

Apesar de ter modelado o sistema e seu comportamento como um guia de ondas antes de realizar as medições, a equipe ainda estava surpresa com o quão bem funcionou na prática. "Ficamos surpresos por ter funcionado tão bem, "lembra Bakker." Ajustamos um pouco as geometrias, mas ter um desempenho tão bom depois de apenas algumas iterações foi bastante inesperado. "

A equipe já demonstrou o mesmo conceito em comprimentos de onda de telecomunicações. Eles agora estão trabalhando no desenvolvimento de vários componentes fotônicos on-chip baseados no conceito.