As tecnologias atuais de computadores e telecomunicações usam cargas elétricas (elétrons) e luz (fótons) para transportar informações. No entanto, um avanço nesse campo poderia ser alcançado pela introdução de vibrações mecânicas – fônons – como meio de transferência de dados, em combinação com os outros dois. A fim de estabelecer as bases para uma nova tecnologia da informação, os pesquisadores envolvidos no projeto PHENOMEN trabalharam por quase quatro anos no desenvolvimento de um sistema de processamento de sinais baseado em fônons que pudesse ser incorporado em chips eletrônicos padrão.
Os resultados deste estudo foram publicados recentemente em um artigo na ACS Photonics introduzindo uma plataforma de tecnologia de prova de conceito para a integração de sinais eletrônicos fonônicos, fotônicos e de radiofrequência (RF), que podem ser operados em condições ambientais e são totalmente compatível com a tecnologia CMOS. Esses resultados notáveis abrem novos caminhos para o processamento e transporte de informações, não apenas nas atuais aplicações de TI, mas também em futuras redes quânticas.
Os pesquisadores projetaram uma fonte de fônon coerente usando o mecanismo de acoplamento opto-mecânico, ou seja, a interação das forças de pressão de radiação com um ressonador. O ressonador de microescala foi projetado para sustentar simultaneamente modos ópticos e mecânicos co-localizados. A fonte de fônon resulta de uma interação opto-mecânica envolvendo mecanismos concorrentes: um decorrente dos portadores fotogerados no ressonador e outro da variação de temperatura do ressonador impactando suas propriedades ópticas. Essa interação leva à geração de vibrações coerentes, ou seja, ondas acústicas em fase umas com as outras.
O material central utilizado para maximizar a interação opto-mecânica é o silício nanocristalino (nc-Si), uma tecnologia desenvolvida na VTT – em vez do silício cristalino padrão (c-Si) – que oferece várias vantagens, como: flexibilidade na sintonia óptica, propriedade mecânica e térmica do sistema; e maior acessibilidade, uma vez que os componentes podem ser fabricados em pastilhas de silício padrão. A conversão de sinais elétricos em ondas mecânicas é obtida pela combinação de silício com nitreto de alumínio (AlN), que é um material piezoelétrico; isto é, um material capaz de produzir eletricidade mediante aplicação de estresse mecânico. Ambas as soluções representam uma grande inovação no projeto e fabricação de NOEMS.
Esta nova plataforma compatível com silício para sistemas nano-eletro-opto-mecânicos, que permite converter sinais elétricos em ópticos por meio de ondas mecânicas (e vice-versa), mostrou operar em frequências de rádio (até alguns GHz) e à temperatura ambiente, podendo assim ser incorporado nos processos de fabricação CMOS. Portanto, tem potencial para se tornar uma solução inovadora para novas tecnologias multifuncionais e multissinais para transmissão e processamento de informações, tanto no domínio clássico quanto no quântico.
Publicado em 13/03/2022 05h26
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