Cientistas da Universidade Monash criaram um pequeno circuito que pode gerar, direcionar e ler as mensagens transportadas pela luz dentro de um único chip.
O avanço representa um marco importante no crescente campo de pesquisa da eletrônica do vale, que pode ajudar a impulsionar avanços futuros em computação mais rápida, menor consumo de energia e tecnologia quântica.
O novo dispositivo, desenvolvido por pesquisadores da Escola de Física e Astronomia da Monash, combina nanotecnologia avançada com materiais de ponta para resolver desafios que limitaram o campo durante anos.
Pela primeira vez, a equipe construiu um chip totalmente integrado capaz de gerar sinais luminosos especializados, guiá-los por caminhos específicos e convertê-los em sinais elétricos no mesmo sistema compacto.
Esses sinais usam uma propriedade quântica chamada “graus de liberdade do vale” para armazenar informações. Os cientistas acreditam que esta propriedade única pode fornecer novas formas de codificação, transmissão e processamento de dados.
A integração dos chips Valleytronics resolve desafios de longa data
Autor principal, Dr. Chi Li, cujas descobertas da equipe foram publicadas em Fotônica da Naturezadisse que a conquista resolve um grande obstáculo na pesquisa em eletrônica do Vale.
“Até agora, podemos gerar ou detectar esses sinais, mas não podemos fazer tudo em um único dispositivo integrado”, disse o Dr. Li.
“O que construímos é um sistema completo em chip que pode criar, rotear e ler essas informações com altíssima precisão.”
O dispositivo depende de materiais ultrafinos com apenas alguns átomos de espessura. Esses materiais, combinados com nanoestruturas especialmente projetadas, são projetados para controlar com precisão a luz em escalas extremamente pequenas.
O pesquisador da Monash University, Dr. Kaijian Xing, co-autor do estudo, explicou que a equipe desenvolveu um método prático de combinar esses componentes.
Xing disse: “Usamos um método de empilhamento simples para integrar materiais ultrafinos com metassuperfícies, superando os desafios técnicos do crescimento direto de material em estruturas fotônicas e promovendo o desenvolvimento da eletrônica do vale.”
tecnologia fotônica em temperatura ambiente
Uma das vantagens mais importantes desta tecnologia é que ela opera à temperatura ambiente. Muitos sistemas quânticos requerem ambientes extremamente frios, tornando-os mais difíceis e caros de usar em aplicações práticas.
Haoran Ren, autor sênior, ARC Future Fellow e líder do Monash NanoMeta Group, disse que este trabalho pode abrir caminho para uma nova geração de dispositivos fotônicos compactos programáveis e eficientes.
Dr. Ren disse que esta tecnologia pode suportar sistemas de computação mais rápidos, reduzir o consumo de energia e permitir novos métodos de comunicação segura e processamento avançado de dados.
“Este é um passo importante em direção a tecnologias escaláveis baseadas em chips que usam luz em vez de eletricidade para processar informações”, disse o Dr. Ren.
“Os dispositivos fotônicos usam luz para alcançar grandes larguras de banda, velocidades de transmissão de dados ultrarrápidas e menor consumo de energia, portanto, os resultados que alcançamos têm um enorme potencial de aplicação em computação quântica, imagens avançadas e sistemas de comunicação óptica de próxima geração.”
Lidar com vários fluxos de informações
Para demonstrar as capacidades do chip, os pesquisadores codificaram e processaram com sucesso duas imagens separadas simultaneamente. Experimentos mostram que o dispositivo pode gerenciar vários fluxos de informações simultaneamente, um recurso importante da futura tecnologia de computação.
O professor Stefan Maier, diretor da Escola de Física e Astronomia e do Laboratório de Nanofotônica da Universidade Monash, disse que o desenvolvimento ajuda a preencher a lacuna entre as descobertas científicas básicas e a tecnologia prática.
“Este é um passo importante em direção a um sistema eletrônico Valley totalmente integrado”, disse o professor Meyer. “Ao combinar luz e materiais quânticos em um wafer, podemos obter novas formas de codificar e processar informações.”
Este projeto internacional reúne investigadores da Austrália, China, Singapura, Alemanha e Japão, combinando conhecimentos em nanofotónica, materiais 2D e optoeletrónica.
A equipe da Monash University inclui o Dr. Kaijian Xing, o professor Michael S. Fuhrer, o professor Stefan A. Maier e o Dr. Outras contribuições vieram da Universidade de Tecnologia e Design de Singapura, da Universidade de Munique e da Universidade de Tecnologia de Sydney.
