Componentes ópticos macios fazem computação com luz

A metassuperfície tem suas propriedades ópticas ajustadas em tempo de voo pela luz.
[Imagem: Jens Meyer/Uni Jena]

Computação macia com luz

Ao misturar duas tecnologias já bem conhecidas, pesquisadores alemães sintetizaram um material que pode ser alterado entre diferentes estados usando apenas luz.

Embora o material resultante tenha inúmeras possibilidades de aplicação, entre elas se destaca a possibilidade de que ele seja utilizado para fazer computação usando apenas luz - sem necessidade de eletricidade e componentes eletrônicos.

"É claro que nossa equipe ficaria encantada se esses componentes pudessem ser usados para redes neurais ópticas, por exemplo, que poderiam então processar informações de imagens da mesma forma que a inteligência artificial eletrônica pode fazer agora," disse o professor Felix Schacher, da Universidade de Jena, na Alemanha.

O primeiro dos ingredientes é um polímero que reage à luz. Esses polímeros contêm moléculas de corante que alteram sua estrutura ao absorver luz de uma determinada cor e, ao alterar a própria estrutura, alteram também suas propriedades, como o índice de refração.

O segundo ingrediente é uma metassuperfície, uma fina camada repleta de nanoestruturas que interferem com a propagação da luz. Ajustando cuidadosamente o formato e a dimensão dessas nanoestruturas, torna-se possível obter uma variedade de funções ópticas que de outra forma exigiriam lentes, polarizadores, grades e outros dispositivos grandes, pesados e difíceis de ajustar.

"Tanto as metassuperfícies quanto os polímeros comutáveis por luz são conhecidos em princípio há décadas," disse Sarah Walden, membro da equipe. "Mas somos os primeiros a combinar ambos desta forma para desenvolver novos componentes para aplicações ópticas."

A mudança estrutural das moléculas altera a propriedade óptica do material inteiro, abrindo caminho para seu uso em computação.
[Imagem: Sarah L. Walden* et al. - 10.1021/acsnano.3c11760]

Múltiplos efeitos

A grande inovação da equipe consistiu em tirar proveito da alteração estrutural que a luz gera no polímero fotossensível, usando essas alterações para ajustar as propriedades da metassuperfície. Por exemplo, basta dirigir o comprimento de onda certo para o material (a cor que ativa o polímero) que o material inteiro muda seu índice de refração.

"Como os polímeros apresentam absorção diferente dependendo do corante, vários efeitos podem ser muito bem separados uns dos outros ou combinados," disse a pesquisadora Isabelle Staude. Por exemplo, pode-se obter comportamentos precisos usando corantes específicos, ou obter comportamentos adicionais misturando polímeros sensíveis a diferentes comprimentos de onda.

Embora o foco principal da equipe tenha sido demonstrar o princípio básico, eles já visualizam diversas aplicações. "Como essas superfícies podem alternar entre diferentes estados de propriedade da luz, a tecnologia de sensores é uma área de aplicação natural," escreveram eles.

Mas a equipe está mais entusiasmada mesmo é com a possibilidade de que suas superfícies comutáveis venham a ser usadas para processamento óptico de dados. "Como esse tipo de processamento de dados é baseado na luz e não na eletrônica, ele é significativamente mais eficiente em termos energéticos e mais rápido do que a IA tradicional baseada em computador," concluíram.

Bibliografia:
Artigo: Two-Color Spatially Resolved Tuning of Polymer-Coated Metasurfaces
Autores: Sarah L. Walden, Purushottam Poudel, Chengjun Zou, Katsuya Tanaka, Pallabi Paul, Adriana Szeghalmi, Thomas Siefke, Thomas Pertsch, Felix H. Schacher, Isabelle Staude
Revista: ACS Nano
Vol.: 18, 6, 5079-5088
DOI: 10.1021/acsnano.3c11760

Fonte: