Rotação da luz cria um transístor óptico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/04/2011

Em um transístor eletrônico tradicional, o controle é feito por um campo elétrico, enquanto neste transístor óptico o controle é feito por um campo magnético - mas o funcionamento de ambos é similar.
[Imagem: Pimenov et al.]

Físicos austríacos usaram o magnetismo para rotacionar feixes de luz, criando um componente totalmente óptico que funcionalmente equivale ao transístor eletrônico - um transístor de luz.

Polarização da luz

Rotacionar a luz é um feito recente, de grande interesse científico e tecnológico, criando experimentos que já distinguem entre luz torcida e luz super torcida - essa luz enrolada em formato de parafuso também é chamada de luz trançada.

Mas o avanço agora foi significativo: além de muito mais intenso, o efeito foi obtido utilizando camadas ultrafinas de um material semicondutor, o telureto de mercúrio.

As ondas de luz podem oscilar em diferentes direções, de forma parecida com a corda de um violão, cuja direção da vibração depende de como ela foi tocada. Esse fenômeno é chamado polarização da luz.

Efeito Faraday

A polarização da luz pode variar quando o feixe passa através de um material sujeito a um forte campo magnético - um fenômeno conhecido como Efeito Faraday.

"Até agora, entretanto, esse efeito só havia sido observado em materiais nos quais ele é muito fraco," explica o Dr. Andrei Pimenov, da Universidade de Viena.

Ele e seu colega Alexey Shuvaev obtiveram um Efeito Faraday várias ordens de magnitude mais forte do que já havia sido medido até hoje, usando materiais semicondutores extremamente puros e um comprimento de onda específico da luz.

Com isto, as ondas de luz podem ser rotacionadas em direções arbitrárias - a direção da polarização pode ser ajustada com um campo magnético externo.

Em vez de um equipamento óptico altamente complexo, os pesquisadores estão fazendo isto usando camadas ultrafinas do material semicondutor, medindo menos de um milésimo de milímetro de espessura. Outros materiais com tal espessura não conseguem rotacionar a luz em mais do que um grau.

A chave para esse efeito inusitado está no comportamento dos elétrons no semicondutor. O feixe de luz faz os elétrons oscilarem, e o campo magnético dirige seu movimento vibratório.

Esse complicado movimento dos elétrons, por sua vez, afeta o feixe de luz e altera a direção de sua polarização.

Transístor óptico

Se, ao sair do rotacionador, a luz é dirigida para um filtro polarizador, que só permite a passagem de luz com uma direção específica de polarização, os pesquisadores podem decidir se a luz deve passar ou não controlando o campo magnético de seu dispositivo.

Isso torna o dispositivo um transístor óptico, em que a passagem ou não de um sinal óptico pode ser controlado externamente.

Em um transístor eletrônico tradicional, o controle é feito por um campo elétrico, enquanto neste transístor óptico o controle é feito por um campo magnético - mas o funcionamento de ambos é absolutamente similar.

"Há anos, as frequências de clock dos computadores não têm aumentado porque se alcançou um limite, no qual as propriedades dos materiais simplesmente não respondem mais," diz Pimenov.

Uma possível solução é complementar os circuitos eletrônicos com elementos ópticos - como um transístor de luz, como o que agora foi apresentado.

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