LED nanofotônico desbanca laser na comunicação intra-chip
Os pontos quânticos de arseneto de índio são incorporados no semicondutor, que aqui aparece como uma pastilha perfurada, o chamado cristal fotônico.
[Imagem: Gary Shambat/Stanford School of Engineering]
Trocando elétrons por fótons
A substituição das conexões metálicas por "linhas de luz" no interior dos processadores aproxima-se cada vez mais da realidade.
A substituição dos sinais elétricos por pulsos de luz tem o potencial para elevar radicalmente a velocidade dos processadores, assim como reduzir seu consumo de energia e, por decorrência, seu aquecimento.
Embora a IBM já tenha anunciado processadores com comunicação por luz, ainda não se sabe exatamente os verdadeiros caminhos para a luz no interior dos chips.
Mas uma questão ainda mais importante acaba de se elucidada.
Engenheiros da Universidade de Stanford demonstraram que LEDs em nanoescala são muito mais eficientes para gerar a luz no interior dos chips do que os lasers usados até agora.
Jelena Vuckovic e seus colegas demonstraram que os nanoLEDs são milhares de vezes mais eficientes em termos de consumo de energia, podendo alcançar taxas de transmissão de dados na faixa dos 10 bilhões de bits por segundo.
Um LED que é quase um laser
No início deste ano, a pesquisadora havia apresentado um nanolaser de estado sólido que parecia adequado para a tarefa - não fosse o fato de que ele só funciona em temperaturas muito baixas.
Este chip experimental contém centenas dos novos nanoLEDs de modo único.
[Imagem: Jan Petykiewicz/Stanford School of Engineering]
Por isto ele decidiu estudar os LED, e agora criou um nanoLED que opera a temperatura ambiente e que ainda se mostrou muito mais eficiente do que o esperado.
Trata-se de um "LED de modo único", um tipo especial de diodo que emite luz com um comprimento de onda muito preciso, de forma muito similar a um laser.
"Os engenheiros afirmam que somente lasers podem transmitir dados em altas velocidades com baixa potência," afirma a pesquisadora. "Nosso LED nanofotônico de modo único pode fazer todas as tarefas que um laser faz, mas com uma potência muito menor."
A nanofotônica é a chave para a tecnologia.
No coração do seu componente, os pesquisadores criaram ilhas com o material semicondutor arseneto de índio, que produz luz quando excitado com eletricidade - um assim chamado ponto quântico.
Estas ilhas são circundadas por cristais fotônicos, pastilhas com minúsculos furos. O cristal fotônico funciona como um espelho, que devolve a luz para o interior do componente.
Isto confina a luz no interior do nanoLED, forçando-a a assumir uma única frequência, de modo similar a um raio laser.
O nanolaser consome 0,25 femto-Joule por bit de dados, enquanto um laser usado atualmente consome cerca de 500 femto-Joules para transmitir um único bit.
"Nosso componente é entre 2.000 e 4.000 vezes mais eficiente energeticamente do que os melhores componentes em uso hoje," garante Vuckovic.
Artigo: Ultrafast direct modulation of a single-mode photonic crystal nanocavity light-emitting diode
Autores: Gary Shambatt, Bryan Ellis, Arka Majumdar, Jan Petykiewicz, Marie A. Mayer, Tomas Sarmiento, James Harris, Eugene E. Haller, Jelena Vuckovic