Introduzido “interruptor de luz” para carros do futuro e computadores

Os elétrons há muito se estabeleceram como portadores indispensáveis ​​de sinais em circuitos eletrônicos, devido ao seu pequeno tamanho e boa interação entre si e com os materiais dos circuitos eletrônicos. Os fótons que reivindicam o mesmo papel podem fazer a mesma coisa mais rapidamente e com menos energia, mas são visivelmente mais elétrons, o que requer mais energia para alternar os fluxos de luz e também interagem pior com os materiais. Na prática, para comunicações de longa distância, por exemplo, os elétrons são convertidos em fótons para transmissão através de canais ópticos e fazem a conversão inversa na entrada para a eletrônica. Seria tentador evitar uma transformação tão cara em todos os aspectos e criar comutadores ópticos que controlassem diretamente os fótons.

Representação gráfica de uma matriz de switches

Essa mudança foi criada por cientistas do Instituto de Campos Eletromagnéticos da ETH de Zurique, juntamente com colegas americanos do NIST (Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia) e da Universidade Técnica Sueca. Universidade de Chalmers em Gotemburgo (Universidade de Chalmers em Gotemburgo). Um artigo sobre o tópico publicado no site da publicação Science. A invenção é baseada em um fenômeno chamado plasmonics. Um plasmon é uma quase partícula que é uma nuvem de elétrons excitados na superfície de um material. A luz (fótons), propagando-se ao longo da fronteira entre dois materiais no espaço do ar ou do vidro, penetra parcialmente nos materiais e causa locais de excitação em sua superfície – os mesmos plasmons. Assim, há uma interação da luz com os materiais, com os quais você pode aprender a controlar.
O comutador eletrônico-optomecânico criado pelos cientistas é uma treliça de guias de onda de silício ou quartzo, nas interseções nas quais os comutadores controlados estão embutidos. De fato, os comutadores são ressonadores ópticos que transmitem luz sem perda em um guia de ondas em uma linha reta ou o forçam a girar em um ângulo de 90 graus se a ressonância for quebrada.
O próprio conjunto de interruptores é uma membrana redonda de ouro com um diâmetro de 4 mícrons e uma espessura de 40 nm. Entre o substrato de silício e a membrana, é colocada uma junta de alumina de pequeno diâmetro. Assim, as bordas da membrana podem subir ou, quando energizadas pelo surgimento do campo eletrostático, podem ser pressionadas contra o substrato. Quando as bordas da membrana são elevadas, os fótons passam livremente ao longo do comutador em uma linha reta, mas quando as bordas são abaixadas, plasmons aparecem entre os fótons e o material da membrana no espaço. Neste momento, a fase da onda de luz muda em 180 graus, as condições de ressonância são violadas e a luz percorre a membrana para redirecionamento em um ângulo de 90 graus ao longo do guia de ondas perpendicular.

Segundo os cientistas, a troca do canal de luz é possível a uma velocidade de vários milhões de vezes por segundo, embora o modulador não atinja a velocidade de troca de picossegundos e, portanto, não seja adequado para a modulação direta do fluxo de luz. Porém, mesmo nesta forma, o comutador proposto pode ser aplicado no sistema de visão computacional de pilotos automáticos (em lidares) e em computadores ópticos quânticos. Mais importante ainda, a tecnologia é adequada para a produção de comutadores usando a tecnologia CMOS usual. A tensão de controle não excede 1 V e as características elétricas são muito melhores do que os modernos análogos mecânicos óptico-eletrônicos mais volumosos.
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