Nanotecnologia - Novos Materiais

Microeletrônica

• Fotônica e Nanofotônica

A nanofotônica poderá ser o próximo passo da fotônica permitindo a criação de computadores que serão na ordem dos milhares de vezes mais rápidos que os computadores clássicos ou computadores de elétrons. A principal diferença entre um computador fotônico e um computador de elétrons é que o primeiro não transmite os dados através de um barramento sólido (materiais sólidos ex: semi-condutores, condutores) mas através de um feixe de luz (laser).

A nanofotônica estende-se para além desse ponto: tal como existe a formação de microcristais em certos fenômenos naturais, especula-se que a chave que poderá tornar a nanofotônica possível estará na utilização de nanocristais de baixa densidade (com uma densidade equivalente à dos aerogels), que permitirão refratar e/ou redirecionar o feixe de luz na direção desejada. A estrutura de cada um destes cristais estaria de acordo com a sua função específica.

           Cristais fotônicos abrem caminho para chip ótico

             Uma nova classe de cristais fotônicos artificiais, construídos a partir de um novo método de fabricação desenvolvido pela Universidade de Toronto (Canadá), deverá significar um grande passo rumo à produção em larga escala de microchips ópticos capazes de transmitir grandes quantidades de dados. Os cristais, conhecidos como PBG ("Photonic Band Gap Crystals" : cristais fotônicos com intervalo de freqüência), poderão significar o início de um novo patamar de velocidade na transmissão de dados na informática e nas telecomunicações, quando a luz, ao invés dos elétrons, será utilizada para transmissão das informações no interior dos chips.

                 Cristais fotônicos são sempre artificiais, eles não ocorrem na natureza. Por isso a importância de um método que permita sua construção de maneira rápida, prática e viável economicamente. Sua fabricação exige a construção de uma estrutura com padrões repetitivos, ou seja, uma estrutura que se repete continuamente a intervalos regulares. Esta estrutura é construída de um material dielétrico, um tipo de material que é ou isolante, ou capaz de manter uma determinada carga elétrica por longo tempo com um mínimo de perda.

             O elemento mais importante no processo de produção é a precisão com que a estrutura é construída. Sendo perfeita, o cristal resultante terá o que os cientistas chamam de "band gap", um intervalo de freqüência. As freqüências dentro dessa faixa são bloqueadas pelo cristal e refletidas na forma de luz. Todas as demais ondas são transmitidas perfeitamente, atingindo todo o espectro eletromagnético.

             A utilização comercial dos cristais fotônicos passa então a depender unicamente de seu método de construção, uma vez que a freqüência que ele é capaz de bloquear depende do espaçamento de sua estrutura. Com um método adequadamente preciso, os cientistas passam a ser capazes de construir cristais para atender necessidades específicas de um sem número de aplicações, incluindo chaves ópticas, micro-lasers, guias de onda, LEDs e equipamentos de telecomunicações em geral.

             "Este deverá ser um tremendo avanço," comemora Sajeev John, um dos cientistas que assinam o artigo publicado na revista Physical Review Letters. "É basicamente um conjunto totalmente novo de arquiteturas para a fabricação de materiais PBG quase perfeitos e irá permitir um aumento gigantesco na largura de banda disponível para os microchips ópticos."

             A equipe de pesquisadores criou uma matriz de cristais fotônicos artificiais que podem ser construídos com precisão de escala nanométrica a partir de um bombardeamento com raios-X. Os raios-x passam através de uma máscara de ouro com uma série de buracos, removendo porções de um polímero colado por baixo da máscara. A seguir, deposita-se vidro para preencher os buracos da máscara de ouro e o polímero que resta é destruído com calor. Deposita-se então silício nas regiões vazias do vidro. Finalmente, o vidro é removido com a utilização de produtos químicos apropriados, deixando como resultado uma rede de cristais puros de silício.