O desenvolvimento de nanolasers pode ser um passo inicial em direção a um futuro em que os microchips se comuniquem inteiramente com partículas de luz.
Os pesquisadores da DTU criaram um minúsculo nanolaser que poderia eventualmente ajudar a tornar computadores, smartphones e data centers mais rápidos, usando muito menos energia. A descoberta foi publicada na revista científicaavanço da ciência.
No futuro, milhares destes lasers poderão ser potencialmente integrados num único microchip. Em vez de mover informações por um chip com sinais elétricos, os dispositivos podem transmitir dados usando fótons, partículas que constituem a luz.
“Os nanolasers abrem a possibilidade de criação de componentes de nova geração que combinam alto desempenho com tamanho mínimo”, diz o professor Jesper Morck da DTU. Isto poderia acontecer na tecnologia da informação, por exemplo, onde lasers ultrapequenos e energeticamente eficientes podem reduzir o consumo de energia em computadores, ou no desenvolvimento de sensores para o setor da saúde, onde a extrema concentração de luz dos nanolasers pode fornecer imagens de alta resolução e biossensores ultrassensíveis. Posso fazer.”
Morck foi coautor do estudo com, entre outros, os drs. Meng Xiong e Yi Yu da DTU Electro.
Usando luz dentro de chips de computador
Grande parte da Internet já depende da luz para transportar informações através de cabos de fibra óptica. No entanto, os dados dentro de um computador ainda se movem através de circuitos eletrônicos que utilizam eletricidade. Essa abordagem cria calor e pode limitar a rapidez com que as informações podem ser transferidas.
Os nanolasers podem levar comunicações ópticas diretamente aos microchips. Ao gerar sinais de luz de forma eficiente dentro do chip, eles poderiam permitir a transferência de informações com muito pouca perda de energia, potencialmente tornando os dispositivos futuros mais rápidos, mais frios e mais eficientes em termos energéticos.
Mork estima que o uso de nanolasers em computadores poderia reduzir o consumo de energia em mais da metade.
O nanolaser DTU compacto é um passo importante em direção a esse objetivo. Os futuros chips projetados em torno de comunicações baseadas em luz exigirão milhares de lasers extremamente pequenos e eficientes trabalhando juntos para transmitir informações através do chip.
Quebrando o limite de tamanho para lasers
O novo nanolaser foi construído nas instalações de sala limpa da DTU, o DTU NanoLab. Segundo Mork, o aparelho ultrapassa os limites tradicionais de tamanho do laser.
Em seu núcleo está uma estrutura conhecida como nanocavidade, que retém e concentra a luz em um espaço excepcionalmente pequeno. Até agora, alcançar um confinamento tão intensivo a esta escala era considerado extremamente difícil.
Quando os pesquisadores direcionam um feixe de luz para o dispositivo, tanto os fótons quanto os elétrons ficam focados na mesma região microscópica. Essa interação permite que o laser funcione em temperatura ambiente, exigindo energia incomumente baixa.
A estrutura de captura de luz usada no nanolaser foi originalmente desenvolvida pelo grupo do professor Ole Sigmund na DTU Construct.
Dispositivos mais rápidos e menor consumo de energia
O próximo grande desafio é operar o nanolaser utilizando energia elétrica. Se os investigadores conseguirem isto, a tecnologia poderá ter amplas aplicações em computação, comunicações e cuidados de saúde.
Computadores e smartphones poderiam fornecer melhor desempenho e consumir menos energia. Os centros de dados, que requerem enormes quantidades de energia, também poderão registar reduções substanciais na utilização de energia, conduzindo potencialmente a benefícios climáticos significativos.
Na tecnologia de saúde, a capacidade dos nanolasers de focar a luz em uma área extremamente pequena pode suportar sensores ultrassensíveis e sistemas de imagem de alta resolução.
Os investigadores estimam que os restantes desafios tecnológicos podem ser resolvidos nos próximos 5 a 10 anos.
