Cientistas da Universidade Monash criaram um pequeno circuito que pode gerar, direcionar e ler informações transportadas pela luz, tudo em um único chip.
O avanço representa um marco importante para um campo crescente de pesquisa conhecido como “valetrônica”, que poderia ajudar a levar a avanços futuros em computação mais rápida, menor consumo de energia e tecnologia quântica.
O novo dispositivo, desenvolvido por pesquisadores da Escola de Física e Astronomia da Monash, combina nanotecnologia avançada com materiais avançados para resolver um desafio que limita o campo há anos.
Pela primeira vez, a equipe criou um chip totalmente integrado capaz de produzir sinais de luz especializados, direcioná-los ao longo de caminhos específicos e convertê-los em sinais elétricos em um sistema compacto.
Esses sinais armazenam informações usando uma propriedade quântica chamada “graus de liberdade do vale”. Os cientistas acreditam que esta característica única pode fornecer formas completamente novas de codificação, transmissão e processamento de dados.
O chip integrado da Valleytronics resolve um problema antigo
O autor principal, Dr. Chi Lee, cujas descobertas foram publicadas no Fotônica da naturezadisse que a conquista elimina um grande obstáculo na pesquisa da Valleytronics.
“Até agora, podíamos gerar ou detectar estes sinais, mas não fazer tudo num único dispositivo integrado”, disse o Dr. Lee.
“O que criamos é um sistema completo em um chip que pode criar, direcionar e ler essas informações com altíssima precisão.”
O dispositivo depende de materiais ultrafinos com apenas alguns átomos de espessura. Esses materiais são combinados com nanoestruturas especialmente projetadas para controlar com precisão a luz em escalas extremamente pequenas.
Dr. Kaijian Xing, um dos autores do estudo e pesquisador da Universidade Monash, explicou que a equipe desenvolveu uma maneira prática de combinar esses componentes.
“Usamos uma abordagem de empilhamento simples para integrar materiais ultrafinos com metassuperfícies, superando os desafios técnicos do crescimento direto de materiais em estruturas fotônicas e permitindo novos avanços na volumetrônica”, disse o Dr.
Tecnologia fotônica de temperatura ambiente
Uma das vantagens mais importantes da tecnologia é que ela funciona em temperatura ambiente. Muitos sistemas quânticos requerem um ambiente extremamente frio, o que torna seu uso mais difícil e caro em aplicações do mundo real.
O autor sênior, Dr. Haaran Ren, pesquisador futuro da ARC e chefe do Monash NanoMeta Group, disse que o trabalho pode abrir caminho para uma nova geração de dispositivos fotônicos compactos, programáveis e altamente eficientes.
De acordo com o Dr. Wren, esta tecnologia poderia suportar sistemas de computação mais rápidos, reduzir o consumo de energia e permitir novos métodos de comunicação segura e processamento avançado de dados.
“Este é um passo significativo em direção a tecnologias escaláveis baseadas em chips que usam luz em vez de eletricidade para processar informações”, disse o Dr. Ren.
“Os dispositivos fotônicos usam luz para obter largura de banda massiva, taxas de dados ultrarrápidas e menor consumo de energia, portanto, o que alcançamos tem um grande potencial para aplicações em computação quântica, imagens avançadas e sistemas de comunicação óptica de próxima geração.”
Processamento de múltiplos fluxos de informações
Para demonstrar as capacidades do chip, os pesquisadores codificaram e processaram com sucesso duas imagens separadas simultaneamente. O experimento mostrou que o dispositivo pode gerenciar múltiplos fluxos de informação simultaneamente, o que é um recurso importante para futuras tecnologias de computação.
O professor Stefan A. Mayer, chefe da Escola de Física e Astronomia e Laboratório de Nanofotônica da Universidade Monash, disse que o desenvolvimento ajuda a preencher a lacuna entre as descobertas científicas básicas e as tecnologias práticas.
“Este é um passo importante em direção a sistemas Valleytronic totalmente integrados”, disse o Professor Mayer. “Ao combinar luz e materiais quânticos num chip, podemos aceder a novas formas de codificação e processamento de informação.”
O projeto internacional reuniu pesquisadores da Austrália, China, Singapura, Alemanha e Japão, combinando expertise em nanofotônica, materiais bidimensionais e optoeletrônica.
A equipe da Monash University incluiu o Dr. Kaijian Xing, o professor Michael S. Fuhrer, o professor Stefan A. Meier e o Dr. Contribuições adicionais foram feitas pela Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura, pela LMU Munique e pela Universidade de Tecnologia de Sydney.
