Circuitos de luz processam na frequência das fibras ópticas

Com informações da APS - 03/09/2013

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

As pequenas barras e seus intervalos transformam-se em componentes fotônicos, como indutores e capacitores - só que operando a velocidades várias ordens de grandeza maiores do que seus equivalentes eletrônicos. [Imagem: H. Caglayan et al./Phys. Rev. Lett.]

 

 

Em 2012, cientistas usaram a tecnologia dos metamateriais para inaugurar uma nova área de pesquisas, batizada de metatrônica.

Circuitos metatrônicos processam as ondas de luz da mesma forma que os componentes dos circuitos eletrônicos processam correntes elétricas.

A vantagem é que circuitos de luz são muito mais rápidos - e menores - do que os circuitos eletrônicos.

Agora, a mesma equipe construiu os primeiros componentes do circuito metatrônico capazes de trabalhar com luz na faixa do infravermelho próximo, a gama de comprimentos de onda usada nas fibras ópticas e em outras tecnologias à base de silício.

Isto significa que o processamento ultrarrápido à base de luz agora pode ser totalmente integrado com uma ampla gama de dispositivos da tecnologia atual.

Metatrônica

No ano passado, Nader Engheta e seus colegas da Universidade da Pensilvânia construíram os primeiros circuitos lógicos ópticos usando nitreto de silício. Os protótipos processavam a luz na faixa do infravermelho médio, com comprimentos de onda de 8 a 14 micrômetros.

A estrutura consiste em uma matriz de hastes paralelas em nanoescala, dispostas na horizontal e tendo apenas o ar ambiente entre elas.

Iluminadas de cima, as hastes e as lacunas de ar respondem aos campos elétricos da luz - que oscila rapidamente - de forma semelhante à que, em um circuito convencional, os indutores e os condensadores respondem às oscilações mais lentas da corrente elétrica.

Embora as estruturas de nitreto de silício tenham funcionado para a luz no infravermelho médio, elas não foram capazes de filtrar comprimentos de onda mais curtos (e, portanto, de frequência mais alta) da luz na faixa do infravermelho próximo - esta faixa inclui o comprimento de onda de 1,55 micrômetro, com que opear a maioria das fibras ópticas de telecomunicações.

Então, Engheta e seus colegas partiram para estudar outros materiais, e descobriram que o óxido de índio e estanho tem as propriedades certas para fabricar um metamaterial que interaja com a luz na faixa do infravermelho próximo.

Configuração

A equipe também descobriu uma forma de variar os comprimentos de onda em que seu dispositivo opera simplesmente mudando a forma e espaçamento das nano-hastes.

Eles acrescentaram níquel-cromo no topo das hastes, ou sulfeto de chumbo nos espaçamentos, para alterar a indutância ou a capacitância da estrutura e, assim, deslocar a banda para comprimentos de onda mais longos ou mais curtos.

Engheta acredita que técnicas como esta poderão permitir que os engenheiros comecem a projetar os primeiros circuitos metatrônicos: "Estou otimista de que, em um futuro próximo, seremos capazes de configurar [esses componentes]".

Bibliografia:

Near-Infrared Metatronic Nanocircuits by Design
Humeyra Caglayan, Sung-Hoon Hong, Brian Edwards, Cherie R. Kagan, Nader Engheta
Physical Review Letters
Vol.: 111, 073904
DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.073904