Descoberta propriedade fotônica no silício

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/07/2015

Circulando seletivamente num ou noutro sentido torna-se possível inserir uma dimensão adicional de dados nos fótons.[Imagem: Universidade da Pensilvânia]

Silício na fotônica

Parece difícil acreditar que seja possível descobrir uma nova propriedade no silício, o elemento químico mais pesquisado do mundo e viabilizador da atual onda tecnológica.

Pois isto não apenas acaba de acontecer, como a nova propriedade poderá catapultar o silício para o que vinha sendo chamado de "era pós-silício" - a spintrônica e os computadores fotônicos, que usam luz em vez de eletricidade.

A descoberta foi feita por acaso por Sajal Dhara, Eugene Mele e Ritesh Agarwal, da Universidade da Pensilvânia, que estavam usando o silício como padrão de comparação no estudo de materiais conhecidos como isolantes topológicos, nos quais a superfície tem propriedades elétricas diferentes do interior.

• Descoberto material que é simultaneamente condutor e isolante

"Nós esperávamos que o experimento de controle desse um resultado nulo, mas, em vez disso, nós descobrimos algo novo sobre os nanomateriais," disse Mele.

Quiralidade do silício

O que o trio descobriu é que o silício tem quiralidade, uma propriedade de assimetria que permite que o elemento detecte o spin - ou momento angular - de elétrons e fótons. Isto é inesperado porque o silício tem um cristal altamente simétrico.

Os efeitos disso são de longo alcance.

"Sempre que você altera uma simetria, você pode fazer coisas novas," explicou Agarwal, cuja equipe já demonstrara as operações fundamentais da computação feitas com luz, além de fazer o silício emitir luz e guardar dados por até 100.000 anos em uma memória de nanofios.

"Neste caso, nós demonstramos como fazer um fotodetector sensível ao spin de um fóton. Todos os computadores fotônicos precisam de fotodetectores, mas atualmente eles só usam a quantidade de fótons para codificar informações. Esta sensibilidade à rotação [spin] do fóton nos dá um grau de liberdade extra, ou seja, você pode codificar informação adicional em cada fóton," detalhou Agarwal.

Esquema do experimento, realizado em nanofios de silício. [Imagem: Dhara et al. - 10.1126/science.aac6275]

A interação entre o silício e os eletrodos metálicos produz um campo elétrico em um ângulo que quebra a simetria espelhada que o silício tipicamente tem. Esta quiralidade é que manda os elétrons num ou noutro sentido, dependendo da polaridade da luz que atinge os eletrodos.

Adoção gradual

O efeito fotônico propiciado pela propriedade quiral está no coração de tecnologias emergentes como a spintrônica e a plasmônica - a base da chamada computação à velocidade da luz -, e pode ajudar até mesmo no desenvolvimento da computação quântica.

Produzir esse tipo de efeito no silício é muito mais interessante do que nos isolantes topológicos mais pesados estudados até agora porque ele é o elemento padrão da indústria eletrônica, permitindo que as novas tecnologias sejam incorporadas de forma gradual, interfaceando com os atuais processadores eletrônicos de silício.

O experimento foi feito com nanofios de silício, e agora os pesquisadores estão trabalhando na geração da quiralidade em amostras planas, tornando mais fácil seu aproveitamento prático.

Bibliografia:

Voltage-tunable circular photogalvanic effect in silicon nanowires
Sajal Dhara, Eugene Mele, Ritesh Agarwal
Vol.: Published Online
DOI: 10.1126/science.aac6275