Cientistas transformaram uma gota de cristal líquido em um transistor óptico para chips ópticos flexíveis.

A fotônica tradicional — o funcionamento de circuitos eletrônicos com base em pulsos de luz — utiliza praticamente os mesmos materiais que a eletrônica de silício. Isso acarreta muitas das desvantagens inerentes à eletrônica de estado sólido. Portanto, um novo campo da fotônica flexível, baseado em cristais líquidos combinados com polímeros, tem o potencial de trazer benefícios significativos para a produção de chips de alto desempenho e baixo consumo de energia.

Fonte da imagem: Universidade de Ljubljana

Um grupo de cientistas da Universidade de Ljubljana (Eslovênia) desenvolveu um tipo de transistor óptico a partir de uma gota de cristal líquido e um conjunto de guias de onda de plástico. Este transistor é fabricado por meio de um processo de manipulação simples. Basta pipetar uma gota de líquido em uma estrutura de guia de onda. Caso contrário, um elemento óptico em um chip fotônico de silício exigiria uma série de processos tecnológicos, nenhum dos quais seria ecologicamente correto.

Os cientistas colocaram uma gota de cristal líquido contendo um corante fluorescente em uma estrutura feita de guias de onda ópticos de polímero. Em seguida, excitaram o corante com um pulso de laser de baixíssima potência, induzindo uma ressonância WGM (modo de galeria de ondas) dentro da gota. O pulso de luz não era potente o suficiente para que os fótons escapassem da gota, sendo repetidamente refletidos em suas paredes (a interface entre os meios). Isso ofereceu uma enorme vantagem sobre a fotônica de silício convencional, onde os pulsos de luz eram duas ordens de magnitude mais potentes.

Um segundo pulso de luz de cor diferente (comprimento de onda diferente), também de baixa potência, criou um efeito de ganho, extraindo energia adicional dos fótons ressonantes. Essa chave óptica exclusiva emitiu um pulso de luz com um atraso após receber o primeiro pulso. O atraso foi determinado pelo momento exato em que o segundo pulso foi aplicado ao sistema. Isso permitiu o controle da saída óptica, mantendo uma potência de sinal extremamente baixa, algo inatingível com a fotônica de silício tradicional.

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Cientistas destacam as vantagens dos materiais poliméricos flexíveisAs vantagens da fotônica flexível são evidentes não apenas na redução radical do consumo de energia — mais de 100 vezes em comparação com as tecnologias fotônicas anteriores — mas também na facilidade de fabricação dos elementos do circuito. O cristal líquido pode ser injetado em um dispositivo em uma fração de segundo a baixas temperaturas, e os guias de onda de polímero permitem a criação de geometrias flexíveis e altamente incomuns, inacessíveis ao silício rígido. Os cristais líquidos, portanto, expandem o escopo para soluções de engenharia interessantes, incluindo diversas formas de cavidade e integração em circuitos ópticos complexos.

Embora a tecnologia ainda não concorra com as modernas redes neurais baseadas em silício, ela estabelece as bases para portas lógicas totalmente ópticas, processadores fotônicos e redes neurais do futuro. As perspectivas de longo prazo incluem a criação de sistemas de computação ultrarrápidos e de ultrabaixo consumo de energia com perda mínima de energia. No geral, a fotônica flexível promete uma revolução nas tecnologias ópticas, combinando facilidade de fabricação, flexibilidade e alto desempenho.