Chip plasmônico aprisiona um arco-íris para a computação óptica
Computação óptica: Chip plasmônico aprisiona arco-íris
Demonstração experimental da luz aprisionadaNULL cores são retidas em diferentes posições ao longo da estrutura plasmônica.
[Imagem: U. Buffalo]
Cientistas já conseguiram aprisionar o arco-íris no interior de um metamaterial e dentro de uma armadilha de espelhos.
Esse efeito de aprisionamento de diversos comprimentos de onda da luz - diversas cores - tem grande potencial para ser usado no armazenamento óptico de dados e nas comunicações.
Reduzir a velocidade da luz
Computadores que funcionem à base de luz gastarão menos energia e serão muito mais velozes do que os atuais.
Mas a luz é rápida demais para a tecnologia atual. É por isso que os cientistas ficam tentando diminuir sua velocidade, aprisionando-a no interior de diversos tipos de estruturas.
No dia em que eles conseguirem parar definitivamente a luz, abrir-se-á um campo totalmente novo para o armazenamento e o processamento de dados.
Computador óptico poderá ser construído com luz congelada
"No momento, o processamento de sinais ópticos é limitado pela rapidez com que o sinal pode ser interpretado," explica Qiaoqiang Gan, da Universidade Buffalo, nos Estados Unidos. "Se o sinal puder ser retardado, mais informações poderão ser processadas sem sobrecarregar o sistema."
Chips plasmônicos
Gan explica que o objetivo final é alcançar uma revolução nas comunicações ópticas chamada comunicação multiplexada com múltiplos comprimentos de onda - quando os dados ópticos poderão ser controlados em diferentes comprimentos de onda, aumentando muito a capacidade de transmissão e processamento.
E ele e seus colegas deram um passo importante nessa direção: eles reduziram a velocidade de um feixe de luz com uma larga faixa de frequências - quase um arco-íris, por assim dizer - usando um tipo de material chamado estrutura nanoplasmônica - ou chips plasmônicos.
Plásmons de superfície são nuvens de elétrons que flutuam sobre a superfície dos metais.
As estruturas nanoplasmônicas são construídas fazendo sulcos em nanoescala em superfícies metálicas, a diferentes profundidades, o que altera as propriedades ópticas dos materiais ao dirigir o fluxo desses plásmons de superfície e se aproveitando de suas ressonâncias.
O chip plasmônico é na verdade um elo de ligação entre a eletrônica - os chips tradicionais - e a fotônica - os futuros chips ópticos.
Isso abre a possibilidade de integração dessas diferentes tecnologias em um mesmo dispositivo, com impacto direto em áreas como o biossensoriamento, os biochips e as células solares de filmes finos, além da própria computação óptica.
Capturando o arco-íris
Os sulcos na superfície do chip plasmônico - e a variação de propriedades ópticas que eles induzem - permitem que diferentes comprimentos de onda da luz sejam presos em posições diferentes na estrutura - um autêntico depósito de luz de várias cores.
As estruturas reduzem tanto a velocidade da luz que se torna possível capturar múltiplos comprimentos de onda em um único chip, enquanto os "métodos convencionais" de prender arco-íris precisam lidar com cada cor separadamente.
Outra vantagem é que o dispositivo funciona a temperatura ambiente.
"A luz é normalmente muito rápida, mas as estruturas que criamos podem diminuir significativamente a luz de banda larga", diz Gan. "É como se eu pudesse manter a luz na minha mão."
Mas os pesquisadores não sabem dizer ainda a velocidade que a luz assume no interior de seu dispositivo. Este é o próximo passo da pesquisa, o que será feito usando fontes de luz ultra-rápidas.
"Assim que soubermos isso, vamos ser capazes de demonstrar a nossa capacidade de manipular a luz através de experimentos e otimizar a estrutura para retardar a luz ainda mais," conclui o pesquisador.
Artigo: Experimental verification of the rainbow trapping effect in adiabatic plasmonic gratings
Autores: Qiaoqiang Gan, Yongkang Gao, Kyle Wagner, Dmitri Vezenov, Yujie J. Ding, Filbert J. Bartoli