Material 2D dá um giro na luz e aumenta comunicações ópticas em 50 vezes

Materiais 2D fotônicos

Aquela mesma delicada força física que permite que as aranhas e outros insetos andem no teto, chamada força de Van der Waals, pode ser a chave para uma nova revolução nas comunicações por luz, através das fibras ópticas ou outros meios.

É essa força que mantém unidas as camadas da maioria dos metais 2D, formados por uma ou mais camadas com espessura de um ou poucos átomos – a família dos materiais monoatômicos, ou materiais de van der Waals, é extensa, mas os mais conhecidos são a molibdenita, as perovskitas e, mais recentemente, os metais 2D.

Foi usando um desses materiais, o nitreto de boro hexagonal (hBN), que Jaegang Jo e colegas da Universidade de Melbourne, na Austrália, descobriram uma nova maneira mais simples de criar redemoinhos de luz, ou vórtices de luz.

E esses feixes de vórtice conseguem carregar muito mais informações – por fibra óptica ou dentro de chips – do que os feixes de luz comuns. As estimativas dão conta de que a luz torcida permite transportar até 50 vezes mais dados do que as redes ópticas atuais.

“Graças à estrutura espiral, os tornados de luz oferecem uma dimensão adicional para a codificação de informações. Como a construção de faixas extras em uma rodovia de dados, isso permitirá que mais informações trafeguem de uma só vez,” disse a pesquisadora Sujeong Byun.

Torcendo a luz sem fazer força

O esquema de geração dessa luz torcida não poderia ser mais simples: Basta injetar o feixe de luz no cristal puro de hBN.

“Nós descobrimos que, quando a luz polarizada circularmente – onde todas as partículas de luz (fótons) giram na mesma direção – entra no material de van der Waals, a direção do seu spin muda e ela ganha uma torção espiral, transformando-se em um vórtice óptico, ou redemoinho de luz,” explicou Byun.

Para checar se o fenômeno é geral, os pesquisadores trabalharam também com um outro material de van der Waals, a molibdenita (MoS2). Usando um cristal de apenas 320 nm de espessura, eles obtiveram um feixe de vórtice óptico com uma eficiência de conversão de 0,09. Isto demonstra a viabilidade de criação de geradores de luz torcida ultracompactos e sem necessidade de quaisquer processos de fabricação, já que os cristais podem ser aplicados diretamente nos chips.

A equipe agora está trabalhando para tornar o processo compatível com as tecnologias de comunicação existentes e explorando como a tecnologia pode ser integrada em sistemas ópticos maiores.

“Com a nossa solução, torna-se possível criar um pequeno dispositivo, em escala de chip, que permitirá que a comunicação por fibra óptica aumente a largura de banda, o que é muito promissor para a indústria. Ela oferece a perspectiva de dispositivos ópticos menores, mais baratos e mais escaláveis, que poderão ser integrados a futuros sistemas de comunicação, incluindo satélites,” concluiu Byun.