Luz foi miniaturizada

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/12/2012

A luz entra pela parte mais larga do dispositivo e sai concentrada em um ponto centenas de vezes mais estreito - na verdade, o que entra são fótons, e o que sai são polaritons. [Imagem: Young-Hee Lee]

Miniaturização da luz

Falar em miniaturizar a luz poderia soar uma heresia física há poucos anos.

Mas, como a miniaturização é uma tendência constante no mundo da tecnologia, a luz não poderia fugir a essa regra - ainda que alguns jeitinhos sejam necessários.

Hyuck Choo e seus colegas do Instituto de Tecnologia da Califórnia, nos Estados Unidos, criaram um componente que consegue focalizar a luz em um ponto de alguns nanômetros de diâmetro.

Um ponto, claro, muito menor do que o comprimento de onda da própria luz.

O componente parece ser o elemento que faltava para facilitar a conexão entre fibras ópticas e processadores, e mesmo para viabilizar processadores fotônicos, que dispensem os elétrons e façam cálculos usando fótons.

Casamento de dimensões

Como a luz pode transportar grandes quantidades de dados de forma muito mais eficiente do que a eletricidade correndo por fios metálicos, há uma tendência firme na migração da eletrônica para afotônica.

Um dos desafios para tornar realidade essas novas tecnologias é que a luz é grande demais para as dimensões dos componentes eletrônicos.

Por exemplo, enquanto os componentes eletrônicos estão alcançando dimensões na faixa dos 10 nanômetros, as fibras ópticas conduzem luz com comprimentos de onda na faixa dos 800 nanômetros.

Para tornar compatíveis esses dois mundos, essencialmente miniaturizando a luz, os pesquisadores criaram um novo tipo de guia de ondas, colocando em um componente único um mecanismo que hoje é de implementação muito complicada.

O dispositivo, com uma função comparável à de um funil, torna possível superar as dificuldades impostas pelo limite de difração, que impede que a luz seja focalizada em um espaço menor do que cerca de metade do seu comprimento de onda, devido à natureza onda/partícula da luz.

Imagem do componente real feita por microscópio eletrônico. [Imagem: Caltech/Hyuck Choo and Myung-Ki Kim]

Polaritons

O dispositivo é feito de dióxido de sílica amorfa - essencialmente um vidro - recoberto com uma fina camada de ouro, medindo cerca de 2 micrômetros.

Quando a luz entra por sua extremidade mais larga, os fótons interagem com os elétrons na interface entre o vidro e o ouro, criandoplásmons de superfície, oscilações conjuntas dos elétrons que se propagam como ondas.

Como as oscilações dos elétrons estão diretamente acopladas com a luz que as gera, elas carregam a mesma informação e as mesmas propriedades, funcionando como um substituto perfeito para a própria luz.

Isso torna possível trazer para o interior minúsculo dos chips a informação dos enormes feixes de luz que chegam pelo lado de fora.

Ou seja, o dispositivo não rompe o limite de difração e nem mesmo focaliza realmente a luz - o que é focalizado são as oscilações dos elétrons, também conhecidas como polaritons.

Como o componente é construído com os mesmos materiais e com as mesmas técnicas usadas pela eletrônica, os pesquisadores acreditam que ele poderá ser facilmente incorporado em pesquisas práticas rumo aos processadores fotônicos.

Bibliografia:

Nanofocusing in a metal-insulator-metal gap plasmon waveguide with a three-dimensional linear taper
Hyuck Choo, Myung-Ki Kim, Matteo Staffaroni, Tae Joon Seok, Jeffrey Bokor, Stefano Cabrini, P. James Schuck, Ming C. Wu, Eli Yablonovitch
Nature Photonics
Vol.: 6, 838-844
DOI: 10.1038/nphoton.2012.277