Eletrônica acionada por luz será 100 mil vezes mais rápida

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/06/2016

O mesmo ciclo da onda de luz "aciona" o elétron, fazendo-o oscilar, e depois recaptura de volta sua energia, retornando o elétron ao estado anterior.
[Imagem: Christian Hackenberger]

Eletrônica acionada por luz

Um experimento que mostrou ser possível amplificar a interação da luz com um cristal abriu o caminho para uma futura eletrônica impulsionada pelas ondas de luz, ou, dito de outro modo, de uma fotônica para o processamento de dados.

O experimento mostrou que as ondas de luz podem ser capazes de acionar transistores, que hoje são acionados eletricamente.

A grande vantagem, além do consumo mínimo de energia, é que as ondas eletromagnéticas de luz oscilam aproximadamente um milhão de vezes em um bilionésimo de segundo - portanto, com frequências petahertz. Em princípio, a eletrônica do futuro também poderia chegar a esta velocidade e tornar-se 100.000 vezes mais rápida que a eletrônica digital atual.

Para que isto se torne realidade é necessário uma melhor compreensão da interação entre a luz e os elétrons dos materiais semicondutores, mais especificamente, como o campo elétrico ultrarrápido da luz influencia os elétrons.

Para isso, uma equipe do Instituto Max-Planck de Óptica Quântica (Alemanha) e da Universidade de Tsukuba (Japão) combinou técnicas experimentais com uma nova fundamentação teórica que lhes deu acesso direto a essa interação luz-elétron pela primeira vez.

Attossegundos

No experimento, os átomos em um cristal de dióxido de silício - essencialmente um vidro - são atingidos por uma onda de luz amarela, fazendo com que os elétrons em torno de cada átomo oscilem. Este pequeno deslocamento absorve a energia da onda de luz. No próximo ciclo da onda, contudo, a energia absorvida é retornada para a onda de luz.

O registro dessa evolução temporal do campo de luz depois da passagem através do vidro permitiu a primeira observação em tempo real do movimento dos elétrons dentro de um sólido, o que ocorre em uma escala de attossegundos.

O evento ocorre em uma escala de attossegundos - 10^-18 segundos.
[Imagem: A. Sommer et al. - 10.1038/nature17650]

Troca de energia

O pulso de luz inclui um único ciclo de oscilação do campo eletromagnético, uma vez que os elétrons se movem para a esquerda e para a direita apenas uma vez, com um retardo de cerca de 10 attossegundos (um attossegundo é um bilionésimo de um bilionésimo de segundo).

• Quanto tempo leva um elétron para saltar de um átomo para outro?

Esse tempo de retardo na reação determina a energia transferida entre a luz e a matéria. Sendo agora possível medir essa troca de energia dentro de um único ciclo de luz, os parâmetros da interação entre matéria e luz podem ser compreendidos e otimizados com vistas ao processamento de sinais.

Quanto mais reversível for a troca de energia e quanto menor for a quantidade de energia que é deixada para trás no meio sólido após o pulso de luz ter saído, mais a interação é adequada para uma futura eletrônica acionada por luz.

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