Transístor de luz macio liga e desliga luz usando apenas luz

Luz controlada com luz

Controlar a luz com a própria luz é um objetivo almejado há muito tempo pelas tecnologias de computação e comunicação. Alcançar essa capacidade permitirá o processamento de sinais ópticos sem a necessidade de convertê-los em sinais elétricos, possibilitando dispositivos mais rápidos e com maior eficiência energética, na chamada computação óptica, ou computação com luz.

Já existem demonstrações práticas de transistores de luz, ou transistores ópticos, mas Vandna Sharma e colegas de uma equipe internacional decidiram explorar uma plataforma um tanto inesperada para esse fim: A matéria mole.

A fotônica de materiais moles pesquisa como materiais como líquidos, cristais líquidos, géis e polímeros podem se auto-organizar em estruturas que permitem manipular a luz de modo controlado. Ao contrário dos componentes fotônicos convencionais de estado sólido, que exigem métodos precisos de nanofabricação, os materiais moles podem formar espontaneamente geometrias ópticas funcionais. Fica muito mais fácil e barato de fabricar.

Um laser que desliga outro laser

O protótipo da equipe envolve uma chave óptica – um interruptor em que um feixe de luz desliga outro feixe de luz sem qualquer trânsito pela eletricidade – construída em uma cavidade de cristal líquido. Em vez de depender de mudanças no índice de refração de um cristal, esse método manipula a energia óptica armazenada dentro de uma estrutura ressonante – a própria cavidade (Para entender melhor o papel de uma cavidade óptica, veja os recentes avanços Flutuações do vácuo quântico alteram material à distância e Vazios intensificam interação entre luz e matéria).

Os pesquisadores criaram uma gota de cristal líquido com dimensões micrométricas, dopada com um corante fluorescente. A gota funciona como uma cavidade ressonante que pode funcionar como uma galeria sussurrante, quando a luz circula ao longo do perímetro de uma cavidade, sendo amplificada nesse processo. A gota de cristal líquido é imersa em água e sua superfície fica em contato com vários guias de onda cônicos, que canalizam a luz para dentro e para fora da cavidade.

Quando um pulso de laser inicial é enviado através de um guia de ondas para excitar o corante, a gota começa a emitir luz, produzindo seu próprio sinal laser. Então, quando um segundo pulso de luz, com comprimento de onda deslocado para o vermelho, é enviado antes do início da emissão laser, ele desencadeia a emissão estimulada e esgota as moléculas de corante excitadas. Em vez de produzir emissão laser no modo de galeria sussurrante, a energia armazenada é transferida para amplificar esse segundo pulso. Na prática, o sistema alterna qual comprimento de onda domina a emissão, permitindo o controle da luz pela luz sem entrada elétrica.

Interruptor fotônico inovador

Além de demonstrar a comutação totalmente óptica em nanossegundos, essa plataforma inusitada oferece vantagens práticas em relação às tecnologias fotônicas tradicionais.

As cavidades esféricas podem ser formadas por meio de processos de automontagem mais rápidos, evitando as inúmeras etapas de produção necessárias para materiais rígidos. Isso abre caminho para dispositivos fotônicos biocompatíveis e até mesmo flexíveis, nos quais circuitos complexos podem ser replicados usando litografia de impressão, produzidos em baixas temperaturas e feitos de materiais menos tóxicos.

“Apresentamos um elemento microfotônico de matéria mole automontado, um interruptor fotônico de matéria mole que utiliza o conceito de manipulação luz-por-luz em intensidades luminosas muito baixas. Como tal, este é um raro exemplo de um dispositivo fotônico baseado nas propriedades de auto-organização da matéria mole, que poderia ser um componente fundamental de uma plataforma fotônica de matéria mole futurista e bioinspirada,” disse o professor Igor Munevic, da Universidade de Liubliana, na Eslovênia.