p O que pode ser visto como a menor lâmpada incandescente do mundo está brilhando em um laboratório de engenharia da Rice University com a promessa de avanços na detecção, fotônica e talvez plataformas de computação além das limitações do silício. p Gururaj Naik, da Brown School of Engineering de Rice, e a estudante de graduação Chloe Doiron montaram "emissores térmicos seletivos" não convencionais - coleções de materiais próximos à nanoescala que absorvem calor e emitem luz.

p Sua pesquisa, relatado em Materiais avançados , one-ups uma técnica recente desenvolvida pelo laboratório que usa nanotubos de carbono para canalizar o calor da radiação infravermelha média para melhorar a eficiência dos sistemas de energia solar.

p A nova estratégia combina vários fenômenos conhecidos em uma configuração única que também transforma calor em luz - mas, neste caso, o sistema é altamente configurável.

p Basicamente, Naik disse, os pesquisadores criaram uma fonte de luz incandescente dividindo um sistema de um elemento - o filamento brilhante em uma lâmpada - em duas ou mais subunidades. Misturar e combinar as subunidades pode dar ao sistema uma variedade de recursos.

p "O artigo anterior tratava de tornar as células solares mais eficientes, "disse Naik, professor assistente de engenharia elétrica e da computação. "Desta vez, o avanço está mais na ciência do que na aplicação. Basicamente, nosso objetivo era construir uma fonte de luz térmica em nanoescala com propriedades específicas, como emitir em um determinado comprimento de onda, ou emitindo estados de luz térmica extremamente brilhantes ou novos.

p "Anteriormente, as pessoas pensavam em uma fonte de luz como apenas um elemento e tentavam tirar o melhor proveito dela, "ele disse." Mas nós quebramos a fonte em muitos elementos minúsculos. Colocamos subelementos juntos de forma que eles interajam uns com os outros. Um elemento pode dar brilho; o próximo elemento pode ser ajustado para fornecer especificidade de comprimento de onda. Compartilhamos o fardo entre muitas pequenas partes.

p “A ideia é contar com um comportamento coletivo, não apenas um único elemento, "Naik disse." Quebrar o filamento em muitos pedaços nos dá mais graus de liberdade para projetar a funcionalidade. "

p O sistema depende de física não hermitiana, uma maneira mecânica quântica de descrever sistemas "abertos" que dissipam energia - neste caso, calor - em vez de retê-lo. Em seus experimentos, Naik e Doiron combinaram dois tipos de osciladores passivos de quase nanoescala que são acoplados eletromagneticamente quando aquecidos a cerca de 700 graus Celsius. Quando o oscilador metálico emitiu luz térmica, ele acionou o disco de silício acoplado para armazenar a luz e liberar da maneira desejada, Disse Naik.

p A saída do ressonador emissor de luz, Doiron disse, pode ser controlado amortecendo o ressonador com perdas ou controlando o nível de acoplamento através de um terceiro elemento entre os ressonadores. "Brilho e a troca de seletividade, "ela disse." Semicondutores oferecem alta seletividade, mas baixo brilho, enquanto os metais fornecem emissão muito brilhante, mas baixa seletividade. Apenas por acoplar esses elementos, podemos obter o melhor dos dois mundos. "

p "O impacto científico potencial é que podemos fazer isso não apenas com dois elementos, mas muitos mais, "Naik disse." A física não mudaria. "

p Ele observou que, embora as lâmpadas incandescentes comerciais tenham dado lugar aos LEDs por sua eficiência energética, as lâmpadas incandescentes ainda são o único meio prático de produzir luz infravermelha. "A detecção e a detecção de infravermelho dependem dessas fontes, "Naik disse." O que criamos é uma nova maneira de construir fontes de luz que são brilhantes, direcional e emitir luz em estados e comprimentos de onda específicos, incluindo infravermelho. "

p As oportunidades de detecção estão no "ponto excepcional do sistema, " ele disse.

p "Há uma transição de fase óptica por causa de como acoplamos esses dois ressonadores, "Naik disse." Onde isso acontece é chamado de ponto excepcional, porque é excepcionalmente sensível a qualquer perturbação ao seu redor. Isso torna esses dispositivos adequados para sensores. Existem sensores com ótica em microescala, mas nada foi mostrado em dispositivos que empregam nanofotônica. "

p As oportunidades também podem ser grandes para a computação clássica do próximo nível. "O International Roadmap for Semiconductor Technology (ITRS) entende que a tecnologia de semicondutores está atingindo a saturação e eles estão pensando em quais switches de próxima geração substituirão os transistores de silício, "Naik disse." O ITRS previu que será um switch óptico, e que usará o conceito de simetria de tempo de paridade, como fazemos aqui, porque o switch deve ser unidirecional. Ele envia luz na direção que queremos, e nenhum volta, como um diodo para luz em vez de eletricidade. "