Está pronta a peça que faltava para os computadores de luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/12/2024

Agora os processadores que operam com luz poderão ser inteiramente feitos nas fábricas atuais, que trabalham com o grupo do silício.
[Imagem: Forschungszentrum Jülich/Jhonny Tiscareno]

Laser de silício

Uma equipe da Alemanha e da França desenvolveu o primeiro laser semicondutor feito exclusivamente com elementos do quarto grupo da tabela periódica, o "grupo do silício".

Construído a partir de camadas ultrafinas empilhadas de silício, germânio e estanho, este novo laser é o primeiro do seu tipo cultivado diretamente em uma pastilha de silício, finalmente abrindo todas as portas para viabilizar a fotônica integrada em um chip, que é a base dos processadores fotônicos, que funcionam com luz em vez de eletricidade.

Os últimos anos testemunharam um progresso contínuo na fabricação do hardware necessário para a computação fotônica, sobretudo com a integração monolítica dos componentes opticamente ativos em chips de silício. Isso incluiu quase todos os componentes principais, incluindo moduladores de alto desempenho, fotodetectores e guias de onda.

No entanto, faltava o coração do processador fotônico, uma fonte de luz eficiente, bombeada eletricamente, que fosse fabricada usando apenas semicondutores do Grupo IV. Até agora, essas fontes de luz dependiam tradicionalmente de materiais III-V, que são difíceis de integrar com o silício - são elementos das colunas três e cinco da Tabela Periódica, todos muito eficientes, mas que exigem até mesmo fábricas inteiramente diferentes.

Este novo laser fecha essa lacuna, já que seus materiais constituintes o tornam compatível com a tecnologia CMOS convencional para fabricação de chips microeletrônicos, e adequado para uma integração perfeita nos processos de fabricação de silício existentes.

Assim, este laser pode ser visto como a "última peça que faltava" na caixa de ferramentas da fotônica do silício.

Fotos e esquema do protótipo de laser semicondutor bombeado opticamente.
[Imagem: Forschungszentrum Jülich/Jhonny Tiscareno]

Laser bombeado opticamente

Em um laser bombeado opticamente, uma fonte de luz externa é necessária para gerar a luz do laser, enquanto o laser bombeado eletricamente gera luz quando uma corrente elétrica passa através do próprio diodo. Assim, os lasers bombeados eletricamente são geralmente mais eficientes em termos de energia, já que convertem diretamente a eletricidade em luz laser. E dispensar outra fonte de luz de bombeamento torna tudo muito mais compacto.

Ao contrário dos lasers anteriores de germânio-estanho, que dependiam de bombeamento óptico de alta energia, este novo laser opera com uma injeção de baixa corrente, de apenas 5 miliamperes (mA) a 2 volts (V), o que é comparável ao consumo de energia de um diodo emissor de luz (LED).

Com uma avançada estrutura de poço multiquântico e geometria de anel, o laser minimiza o consumo de energia e a geração de calor, permitindo operação estável a até -183,15 °C.

Fabricado usando pastilhas de silício padrão, como aquelas usados para fabricar transistores de silício, este é o primeiro laser do Grupo IV verdadeiramente "utilizável". Ainda assim resta trabalho a fazer, incluindo otimizações para reduzir ainda mais o limite de emissão laser e alcançar a operação em temperatura ambiente.

No entanto, o sucesso dos primeiros lasers de germânio-estanho bombeados opticamente, que evoluíram da operação criogênica para a temperatura ambiente em apenas alguns anos, indica claramente o caminho que a equipe pretende seguir.

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