doi.org/10.1126/sciadv.adn5227
Credibilidade: 999
#Chips
Os físicos apresentam uma antena de luz do tamanho de um nanômetro com propriedades de superfície moduladas eletricamente, um avanço que pode abrir caminho para chips de computador mais rápidos.
Os avanços em ressonadores plasmônicos podem levar a chips de computador até 1.000 vezes mais rápidos, graças aos esforços de colaboração entre as universidades alemã e dinamarquesa.
Essas equipes conseguiram modular eletricamente as antenas de luz e integrar a mecânica quântica aos modelos da física clássica, o que promete impactos tecnológicos profundos.
Aumentando as velocidades computacionais: os computadores atuais atingem seus limites físicos quando se trata de velocidade.
Os componentes semicondutores geralmente operam em uma frequência máxima utilizável de alguns gigahertz, o que corresponde a vários bilhões de operações computacionais por segundo.
Como resultado, os sistemas modernos dependem de vários chips para dividir as tarefas de computação, pois a velocidade dos chips individuais não pode ser aumentada ainda mais.
Entretanto, se a luz (fótons) fosse usada em vez da eletricidade (elétrons) nos chips de computador, eles poderiam ser até 1.000 vezes mais rápidos.
Os ressonadores plasmônicos, também conhecidos como “antenas para a luz”, são uma forma promissora de alcançar esse salto na velocidade.
São estruturas de metal do tamanho de um nanômetro nas quais a luz e os elétrons interagem.
Avanço na tecnologia de modulação
“O desafio é que os ressonadores plasmônicos ainda não podem ser modulados de forma eficaz, como acontece com os transistores da eletrônica convencional.
Isso dificulta o desenvolvimento de interruptores rápidos baseados em luz”, afirma o Dr. Thorsten Feichtner, físico da Julius-Maximilians-Universität (JMU) de Würzburg, na Baviera, Alemanha.
Uma equipe de pesquisa da JMU, em colaboração com a Southern Denmark University (SDU), em Odense, deu agora um passo significativo na modulação de antenas de luz:Conseguiu alcançar uma modulação controlada eletricamente que aponta o caminho para uma plasmônica ativa ultrarrápida e, portanto, para chips de computador significativamente mais rápidos.
Os experimentos foram publicados na revista Science Advances.
Aprimorando as superfícies do ressonador para uma computação mais rápida: em vez de tentar mudar todo o ressonador, a equipe se concentrou em mudar as propriedades de sua superfície.
Essa inovação foi alcançada por meio do contato elétrico de um único ressonador, um nanorodo feito de ouro, uma ideia conceitualmente simples, mas que só poderia ser realizada com a ajuda de uma nanofabricação sofisticada baseada em feixes de íons de hélio e nanocristais de ouro.
Esse método único de fabricação foi estabelecido no Departamento de Física Experimental da JMU (Biofísica) sob a direção do professor Bert Hecht.
Técnicas sofisticadas de medição com um amplificador de encaixe foram cruciais para detectar os efeitos pequenos, mas significativos, na superfície do ressonador.
O líder do estudo, Dr. Thorsten Feichtner, explica: “O efeito que estamos usando é comparável ao princípio da gaiola de Faraday.
Assim como os elétrons de um carro atingido por um raio se recolhem do lado de fora e os ocupantes do lado de dentro estão seguros, os elétrons adicionais da superfície influenciam as propriedades ópticas dos ressonadores.”
Efeitos quânticos surpreendentes: Até agora, as antenas ópticas poderiam quase sempre ser descritas classicamente: os elétrons do metal simplesmente param na borda da nanopartícula, como água em uma parede de barreira.
No entanto, as medições feitas pelos cientistas de Würzburg revelaram mudanças na ressonância que não podem mais ser explicadas em termos clássicos:Os elétrons “mancham” através da fronteira entre o metal e o ar, resultando em uma transição suave e graduada, semelhante a uma praia de areia banhada pelo mar.
Para explicar esses efeitos quânticos, os teóricos da Odense desenvolveram um modelo semiclássico que incorpora as propriedades quânticas em um parâmetro de superfície, de modo que os cálculos possam ser realizados por meio de métodos clássicos.”
Ao perturbar as funções de resposta da superfície, combinamos os efeitos clássicos e quânticos, criando uma estrutura unificada que avança nossa compreensão dos efeitos da superfície”, explica o físico da JMU, Luka Zurak, primeiro autor do estudo.
Estabelecendo um novo campo de pesquisa quântica: O novo modelo pode reproduzir os experimentos, mas exatamente qual dos muitos efeitos quânticos estão envolvidos na superfície metálica não está claro até o momento.”
Mas, com esse estudo, agora é possível, pela primeira vez, projetar especificamente novas antenas e excluir ou amplificar efeitos quânticos individuais”, diz Thorsten Feichtner.
A longo prazo, os pesquisadores vislumbram ainda mais aplicações: “Ressonadores menores prometem moduladores ópticos com alta eficiência, que poderiam ser usados tecnologicamente.
Além disso, a influência dos elétrons de superfície nos processos catalíticos também pode ser investigada com o sistema apresentado, o que proporcionaria novas percepções sobre as tecnologias de conversão de energia e armazenamento de energia.
Publicado em 19/09/2024 21h11
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