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A atual tecnologia de semicondutores está próxima de atingir um “teto”. À medida que mais e mais transistores são colocados em um chip, e os chips trabalham em frequências cada vez mais altas, eles emitem calor. E este mesmo calor impede o correto funcionamento dos chips. Para que possamos atingir um novo patamar em poder de processamento, é necessária uma forma de transferir e manipular dados em alta velocidade, sem geração de calor.
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A tecnologia fotônica, que usa luz (fótons) para transferir informação em vez da corrente elétrica (elétrons), é uma possível solução. Além de não produzir calor, ela poderia aumentar a velocidade na transferência de dados entre partes de um chip ou entre chips em um fator de mil vezes.
Para isso é necessário integrar um laser ao chip. Infelizmente, o material semicondutor usado na fabricação de chips é o silício, que é extremamente ineficiente na emissão de luz. Alternativas, como o arseneto de gálio e o fosfito de índio, são muito eficientes na emissão de luz, mas são mais caras e difíceis de integrar com os chips de silício atuais.
Portanto, o “Santo Graal” da fotônica seria o desenvolvimento de um laser à base de silício. O primeiro passo rumo a isso foi dado por pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Eindhoven (TU/e), na Holanda, além das Universidades de Linz (Áustria), Jena e Munich (Alemanha), que criaram uma liga de silício capaz de emitir luz.
A descoberta foi baseada em uma teoria de mais de 50 anos, que postulava que uma liga de silício e germânio, configurada na forma de células hexagonais, poderia emitir luz. O primeiro passo, a criação das células, foi dado em 2015 quando os pesquisadores conseguiram produzir “nanofios” com uma forma pura do material. Mas ainda assim, os cientistas não conseguiam fazê-lo emitir luz.
Elham Fadaly (esquerda) e Alain Dijkstra (direita) operam equipamento para medir a quantidade de luz emitida por sua liga de silício. Crédito: Sicco van Grieken, SURF
Segundo Erik Bakkers, pesquisador que conduziu o estudo na TU/e, o “pulo do gato” foi o aumento na qualidade das células de germânio e silício, reduzindo o número de impurezas e a quantidade de defeitos nos cristais. Com isso o material emitiu luz, e os cientistas conseguiram medir sua eficiência excitando-o com um laser.
Alain Dijkstra, um dos autores do artigo que descreve a descoberta e responsável por medir a emissão de luz, afirma: “Nossos experimentos mostram que o material tem a estrutura correta e é livre de defeitos. Ele emite luz de forma muito eficiente”.
Bakkers afirma que criar um laser de silício é, agora, apenas uma questão de tempo: “até agora, conseguimos propriedades ópticas que são quase comparáveis às do Fosfito de Índio e o Arseneto de Gálio, e a qualidade do material vem melhorando rapidamente. Se tudo correr bem, poderemos criar um laser de silício ainda em 2020. Isto permitiria uma forte integração de funcionalidade óptica na plataforma dominante para a eletrônica, o que abre as possibilidades para comunicação óptica entre partes de um mesmo chip e sensores químicos baratos baseados na espectroscopia”, diz ele.
Fonte: Phys.org
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