Plasmônica: em busca da computação à velocidade da luz

ICT Results - 23/11/2009

Circuitos eletrônicos utilizam sinais transmitidos por elétrons, enquanto os circuitos ópticos transmitem os sinais por meio de fótons. A plasmônica utiliza quase-partículas chamadas polaritons para transmitir sinais eletrônicos e ópticos simultaneamente.
[Imagem: ICT]

O que é plasmônica?

Um grupo de pesquisadores europeus demonstrou alguns dos primeiros dispositivos plasmônicos que podem se tornar viáveis comercialmente, marcando o início de uma nova era na computação e nas comunicações de alta velocidade, quando os sinais eletrônicos e ópticos poderão ser manipulados simultaneamente.

Circuitos eletrônicos utilizam sinais transmitidos por elétrons, enquanto os circuitos ópticos transmitem os sinais por meio de fótons. Já os dispositivos plasmônicos utilizam a oscilação conjunta dos elétrons para transmitir sinais eletrônicos e ópticos ao longo dos mesmos condutores metálicos, por meio de ondas de quase-partículas chamadas polaritons.

Plásmons são pacotes de energia que flutuam sobre a superfície de um metal e que dão nome a esse campo emergente de pesquisas. Quando os plásmons de superfície passam por uma interface entre um material condutor e outro não-condutor, formam-se as quase-partículas chamadas polaritons.

Desta forma, a plasmônica - um campo emergente da tecnologia em nanoescala frequentemente chamada de "luz por meio de fios" - junta as vantagens das fibras ópticas, incluindo a alta velocidade na transferência de informações, com os benefícios dos componentes eletrônicos, particularmente suas minúsculas dimensões.

Processadores ópticos

É com base na plasmônica que os cientistas esperam construir, num futuro agora mais próximo, processadores de computador totalmente ópticos, capazes de operar em altíssimas velocidades, além de linhas de transmissão de dados de banda ultra larga e uma multiplicidade de novos sensores, capazes de levar a automação a um novo patamar.

"Nesses últimos cinco anos tornou-se possível construir um processador de computador totalmente óptico, mas com todos os componentes inteiramente ópticos ele teria que ocupar uma área de 0,5 metro por 0,5 metro e consumiria muita energia. Com a plasmônica, nós poderemos construir os circuitos com a miniaturização suficiente para que esse processador caiba em um PC comum e mantenha a velocidade óptica," explica o Dr. Anatoly Zayats, da Queen's University, em Belfaste, na Irlanda do Norte.

Os dispositivos plasmônicos, contudo, vinham sendo limitados pelas curtas distâncias ao longo das quais os plásmons de superfície conseguem transmitir dados.

Guias de onda de polaritons

Agora a equipe do Dr. Zayats resolveu este problema.

A transmissão de dados por meio da plasmônica funciona com base nas oscilações na densidade dos elétrons na fronteira entre dois materiais: um plasma dielétrico (não-condutor), ou um polímero, e uma superfície metálica.

Excitando os elétrons com luz é possível propagar ondas de plásmons de alta frequência ao longo da superfície de um fio metálico ou de um guia de ondas, transmitindo desta forma os dados. Entretanto, em muitos casos o sinal dissipa depois de percorrer alguns poucos micrômetros ao longo do fio - uma distância muito curta para permitir, por exemplo, a conexão de dois chips no interior de um computador.

O Dr. Zayats e seus colegas adotaram em enfoque alternativo, desenvolvendo o que eles chamaram de guias de onda de polaritons carregados por dielétrico. Modelando uma camada de polímeros dielétricos (polimetilmetacrilato) sobre um filme de ouro depositado em um substrato de vidro, eles construíram guias de onda de apenas 500 nanômetros de comprimento, aumentando a propagação do sinal.

Usando seus nano-guias de onda, os pesquisadores puderam fabricar todos os elementos necessários para construir os multiplexadores add-drop (ADM: add-drop multiplexers), uma parte crucial das redes ópticas que combinam e separam vários feixes de dados em um único sinal e vice-versa.

Enquanto um ressonador em anel óptico - um dos elementos do ADM - disponível atualmente tem um raio de 300 micrômetros, o ressonador plasmônico mede apenas cinco micrômetros.

Comunicação inter-chips à velocidade da luz

Os dispositivos plasmônicos foram criados utilizando a tecnologia de fotolitografia disponível comercialmente, garantindo que eles possam ser fabricados em escala industrial.

"Outros grupos de pesquisadores já alcançaram níveis de propagação iguais ou até melhores em dispositivos ainda menores, mas os processos que eles usaram são extremamente complexos e dificilmente poderiam ser replicados em escala industrial," diz Zayats. "Nossa tecnologia pode não ser a menor, mas é a mais próxima do mercado."

De fato, o fabricante de semicondutores francês Silios interessou-se pelo projeto e já está desenvolvendo um plano de comercialização da tecnologia, que envolverá tanto a fabricação direta dos componentes plasmônicos quanto o seu licenciamento para outros grandes players do mercado.

"Eu acredito que nós começaremos a ver esta tecnologia no mercado nos próximos cinco ou dez anos," prevê Zayats. "Um avanço chave será o uso da plasmônica para efetuar a comunicação inter-chips, tornando possível transmitir dados entre um ou mais chips na velocidade da luz, eliminando o velho gargalo dos barramentos e permitindo a fabricação de computadores muito mais rápidos."

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