Cientistas criam fonte de luz que pisca 90 bilhões de vezes por segundo

Pesquisadores da Universidade Duke, na Carolina do Norte, criaram um dispositivo emissor de luz que é capaz de ligar e desligar 90 bilhões de vezes por segundo. O novo recorde abre o caminho para o desenvolvimento da computação óptica – tecnologia que utilizaria fótons para aumentar a capacidade dos processadores – e poderia acelerar a transmissão de dados da tecnologia atual. Para alcançar tal frequência, eles usaram pontos quânticos semicondutores.

Para entender o que a conquista significa, pensemos em algo mais próximo – a bateria dos smartphones, por exemplo. Com elétrons, ela alimenta bilhões de transístores, conforme os liga e desliga bilhões de vezes por segundo. Mas, se outro elemento pudesse fornecer fótons (partículas de luz) em vez de elétrons para microchips processarem e transmitirem dados, celulares e computadores em geral seriam muito mais rápidos.

O primeiro passo para isso seria construir justamente uma fonte de luz capaz de operar em ultravelocidade. Lasers poderiam se encaixar no papel, mas demandam muita energia e são poucos maleáveis para serem usados em chips de computador. Agora, a equipe da Escola Pratt de Engenharia da Universidade Duke se aproxima dessa fonte de luz, e ela é fluorescente.

A chave da ultravelocidade está na plasmônica, um ramo da tecnologia que estuda mecanismos em nanoescala e poderia, dentre outras aplicações, transformar energia luminosa em elétrica diretamente, por meio dos chamados plásmons de superfície. O que os pesquisadores fizeram foi aproveitar a energia desses plásmons.

Quando eles emitiram laser na superfície de um cubo de prata de apenas 75 nanômetros de largura, os elétrons livres na superfície começaram a oscilar juntos, como uma onda. Essas oscilações são capazes de produzir luz, que acabou reagindo novamente com os elétrons livres. A energia resultante desse processo, detida no nanocubo, é chamada de plásmon.

Em seguida, os pesquisadores aproximaram uma folha de ouro a apenas 20 átomos de distância do nanocubo. A energia do plásmon criou então um campo eletromagnético intenso entre os metais. Esse campo interagiu com pontos quânticos, ou microesferas semicondutoras que emitem luz, que estavam “prensados” entre o nanocubo e a folha de ouro. São esses pontos quânticos que emitem fótons capazes de ser ligados e desligados mais de 90 bilhões de vezes por segundo.

“Isso é algo que a comunidade científica queria fazer há muito tempo”, disse Maiken Mikkelsen, professor assistente de engenharia elétrica e da computação e de física na Universidade Duke, em nota. “Agora nós podemos começar a pensar em fazer dispositivos de conversão rápida com base nessa pesquisa, então há muito entusiasmo nessa demonstração”.

O dispositivo resultante, considerado plasmônico, poderia ser usado tanto em chips ópticos, que usam pulsos de luz em vez de elétrons para funcionar, quanto para a comunicação óptica entre microchips eletrônicos tradicionais.

"O objetivo final é integrar a nossa tecnologia em um dispositivo que pode ser estimulado ou eletricamente ou opticamente", disse Hoang Thang, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Mikkelsen.

O próximo passo da equipe é usar essa estrutura plasmônica para criar uma fonte única de fóton, prensando um único ponto quântico no espaço entre o nanocubo e a folha de ouro – algo necessário para comunicações quânticas extremamente seguras.

Fonte: Duke University