Este é o componente que vai rotear a luz dentro dos chips do futuro

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/12/2019

A luz branca pode conter, por exemplo, luz azul para mensagens de voz, vermelha para vídeo e verde para texto. A chave pode filtrar cada cor, de modo que os canais de cores vermelha, azul e verde sejam roteados para diferentes usuários finais.
[Imagem: S. Kelley/NIST]

Chave de luz

Uma equipe dos EUA e da Suíça construiu uma chave óptica ultraminiaturizada que direciona a luz de um chip de computador para outro em apenas 20 bilionésimos de segundo - mais rápido do que qualquer outro dispositivo similar.

Essa chave compacta é a primeira a operar em tensões baixas o suficiente para ser integrada a chips de silício de baixo custo, além de redirecionar a luz com uma perda de sinal muito baixa.

O componente fotônico representa um passo importante na construção de um computador que use luz em vez de eletricidade para processar informações. Os fótons viajam mais rápido que os elétrons e não desperdiçam energia aquecendo os componentes do computador. Sinais de luz são usados há décadas para transmitir informações a grandes distâncias usando fibras ópticas, mas as fibras ocupam muito espaço para serem usadas para transportar dados através de um chip.

E componente possui ainda inúmeras outras aplicações. Em carros sem motorista, a chave óptica pode redirecionar rapidamente um único feixe de luz que deve varrer continuamente todas as partes da estrada para medir a distância de outros automóveis e pedestres.

O componente também pode facilitar o uso de circuitos baseados em luz em redes neurais, sistemas de inteligência artificial que simulam como os neurônios do cérebro humano tomam decisões sobre tarefas complexas, como reconhecimento de padrões e gerenciamento de riscos.

Microfotografia do componente real.
[Imagem: Haffner et al. - 10.1126/science.aay8645]

Chave opto-eletromecânica

A chave óptica combina componentes ópticos, elétricos e mecânicos - um guia de ondas, um disco de silício e um revestimento de ouro em escala nanométrica -, todos densamente compactados.

Ela canaliza a luz para dentro e para fora de uma pista de corrida em miniatura, alterando sua velocidade e mudando sua direção de propagação.

A inovação surpreendeu porque os resultados alcançados contradizem crenças de longa data da comunidade científica. A maioria dos pesquisadores acreditava que chaves opto-eletromecânicas não seriam práticas porque seriam volumosas, lentas e exigiriam tensões altas demais para os componentes de um chip de computador.

Mas Christian Haffner e seus colegas provaram que essa suposição estava errada. A miniaturização do dispositivo e um design que garante que poucos fótons penetrem na membrana de ouro resultaram em uma perda de apenas 2,5% do sinal de luz, em comparação com 60% das chaves anteriores.

Assim, embora ainda seja um protótipo, a chave óptica surge já ao alcance de aplicações comerciais.

Bibliografia:

Artigo: Nano-opto-electro-mechanical switches operated at CMOS-level voltages
Autores: Christian Haffner, Andreas Joerg, Michael Doderer, Felix Mayor, Daniel Chelladurai, Yuriy Fedoryshyn, Cosmin Ioan Roman, Mikael Mazur, Maurizio Burla, Henri J. Lezec, Vladimir A. Aksyuk, Juerg Leuthold
Revista: Science
Vol.: 366, Issue 6467, pp. 860-864

DOI: 10.1126/science.aay8645                                                                                                                            CP2