Pesquisa no IFGW traz avanços na interação luz e matéria para comunicações mais rápidas e eficientes
A tendência para o futuro próximo é de uma transmissão de dados por meio de equipamentos como tablets, celulares e computadores cada vez mais rápidos. Pesquisa liderada pelo professor Paulo Dainese, no Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) da Unicamp, vem apresentando resultados de alto impacto para a compreensão dos fenômenos de interação entre a luz e a matéria para possíveis aplicações nas comunicações. “Ao entendermos melhor esses mecanismos, pudemos criar possíveis rotas para desenhar dispositivos mais velozes que possam ser utilizados em chips fotônicos”, afirma o docente.
A pesquisa coordenada por Dainese é desenvolvida no âmbito do Projeto Jovem Pesquisador da Fapesp e se dá na área de fotônica, ciência que estuda a geração, emissão, transmissão, modulação, processamento, amplificação e detecção da luz. A escala e os materiais utilizados para os estudos são de dimensões nanométricas (na ordem de bilionésimos do metro). Esses estudos em fotônica e nanotecnologia é que permitem prever o futuro com a oferta de equipamentos mais leves e eficientes. “Além do interesse científico mais fundamental, o conhecimento dos mecanismos de interação nos permite, por exemplo, criar novos dispositivos para aplicações nas comunicações ópticas”, esclarece o docente da Unicamp.
Novas tecnologias para manipulação da luz em escala microscópica já vêm permitindo a construção de chips nanofotônicos de silício, cujos componentes se comunicam por sinais de luz (laser), ao passo que nos chips de silício convencionais isso ocorre por sinais elétricos. Sinais luminosos transportam a informação mais rapidamente e, nos chips nanofotônicos, a troca de informações deve ocorrer praticamente sem a conversão de energia elétrica em calor.
No projeto intitulado “Processos de espalhamento de luz em microestruturas fotônicas”, o grupo de Paulo Dainese estuda a interação entre a luz e a matéria nesses dispositivos ultra-rápidos com dimensões manométricas. “É um estudo que traz grande potencial na forma de se transmitir dados e informações em equipamentos eletrônicos, tornando-os mais eficientes, ou seja, com menor consumo de energia e mais rápidos”, informa o professor. Assim, os materiais utilizados nas pesquisas, além de dimensões nanométricas, devem ser também mais leves e delicados, como as fibras ópticas e os chips de silício.
Publicações
Os avanços obtidos pelo grupo do IFGW na pesquisa já resultaram em dois artigos publicados em revistas que trazem pesquisas de alto impacto em óptica e fotônica: o primeiro na Nature Communications, em 2016, e o segundo na Optica (da OSA Publishing), em outubro último. Quando da publicação do primeiro artigo, os estudos estavam concentrados em utilizar os efeitos não lineares para eliminar a etapa elétrica na transmissão das mensagens de um canal de frequência para outro.
“Neste segundo trabalho, em particular, estudamos um dos mecanismos que limitam a velocidade dos dispositivos fotônicos: a interação com portadores livres excitados por um laser de alta potência em guias de onda de silício, que é um material semicondutor”, explica Dainese. Os resultados dessa nova etapa, conforme detalhado no próprio artigo, juntamente com um quadro teórico baseado em estatísticas de recombinação assistida por armadilhas aplicadas a nanoguias de ondas, podem impactar a dinâmica de vários dispositivos nanofotônicos não lineares em que os portadores livres desempenham um papel crítico, e abrem novas oportunidades para melhorar o desempenho de todos os dispositivos ópticos baseados em silício.
O trabalho mereceu elogios do editor associado da Optica, Klaus Petermann, professor da Technische Universität Berlin (Alemanha). "O artigo apresenta estudos detalhados do tempo de vida de portadores de carga em guias de onda nanométricos de silício, que podem ser de interesse fundamental e também relevante para aplicações, incluindo a engenharia mais precisa de dispositivos totalmente óticos baseados em silício".
Além de Paulo Dainese, participaram desta pesquisa publicada na Optica o doutor Ivan Aldaya, da USP; os alunos de doutorado Andres Gil-Molina e Julian Pita; e os docentes Lucas H. Gabrielli, da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) da Unicamp, e Hugo L. Fragnito, colaborador do IFGW e professor da Universidade Mackenzie.
Referências
http://revistapesquisa.fapesp.br/2015/09/14/um-futuro-brilhante
https://www.osapublishing.org/optica/abstract.cfm?uri=optica-4-10-1219
Dainese, P. et al. Nonlinear carrier dynamics in silicon nano-waveguides. OSA Publishing. Optica. Vol. 4, No. 10. Pg. 1219. 5 Outubro 2017
Artigo publicado na Nature Comunications: https://www.nature.com/articles/ncomms11759
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