Cristais de plasma oferecem comunicações com banda extralarga

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/01/2020

Os cristais de metal/isolante/plasma manipulam os sinais de telecomunicações na faixa de 100 a 300 GHz.
[Imagem: University of Illinois]

Cubo de comunicação

Um dispositivo do tamanho de um cubo de açúcar, feito de material eletromagnético, demonstrou potencial para transformar as atuais redes de comunicação.

Vários países estão construindo sistemas de comunicação futuristas usando ondas eletromagnéticas de alta frequência para transferir mais dados a taxas mais rápidas, mas ainda não existem componentes de rede para lidar com essas larguras de banda mais altas.

Este novo dispositivo miniaturizado só está dando seus primeiros passos rumo ao uso prático, mas já consegue alternar rapidamente a funcionalidade para executar as diversas tarefas necessárias para oferecer suporte a uma rede com frequências acima de 100 gigahertz.

"Essa tecnologia é particularmente interessante porque ela gera múltiplos canais operando simultaneamente em diferentes frequências. Basicamente, isso permite que múltiplas conversações ocorram na mesma rede, o que é o coração das comunicações sem fio de alta velocidade," explicou o professor Gary Eden, da Universidade de Illinois, nos EUA.

Cristal de plasma

O plasma é um elemento crítico para alternar rapidamente entre funções e frequências, mas os cristais eletromagnéticos à base de plasma usados até agora eram grandes demais para operar em altas frequências. A chave para superar essa deficiência está na criação de uma estrutura com espaçamento entre as colunas de plasma e de metal tão pequenas quanto o comprimento de onda da luz que está sendo manipulada.

Para isso, a equipe desenvolveu um suporte impresso em 3D que serviu como um negativo da rede desejada. Um polímero foi vertido no molde e, uma vez endurecido, os microcapilares com 0,3 mm de diâmetro foram preenchidos com plasma, metal ou um gás dielétrico.

Usando essa técnica de moldagem de réplica, foram necessários quase cinco anos para aperfeiçoar as dimensões e os espaçamentos dos microcapilares, contou o professor Eden.

O dispositivo resultante apresentou chaveamentos rápidos nas características eletromagnéticas dos cristais - como alternar entre sinais refletores ou transmissores com velocidades na faixa de 100 GHz a 300 GHz. Esses chaveamentos são acionados simplesmente ligando ou desligando algumas colunas de plasma, tornando o componente dinâmico e eficiente em termos de energia.

Estrutura dos cristais de plasma.
[Imagem: Peter P. Sun et al. - 10.1063/1.5120037]

Uso como sensor

A equipe agora pretende otimizar a técnica de fabricação, bem como o funcionamento do dispositivo.

Enquanto isso, eles já estão de olho em outras aplicações. Por exemplo, o cristal pode ser ajustado para responder às ressonâncias de moléculas específicas, como poluentes atmosféricos, podendo ser usado como um detector altamente sensível.

Bibliografia:

Artigo: Dynamic plasma/metal/dielectric photonic crystals in the mm-wave region: Electromagnetically-active artificial material for wireless communications and sensors
Autores: Peter P. Sun, Runyu Zhang, Wenyuan Chen, Paul V. Braun, J. Gary Eden
Revista: Applied Physics Reviews
Vol.: 6, Issue 4

DOI: 10.1063/1.5120037                                                                                                                                     CP2