Técnica de Encolhimento Poderosa Pode Permitir Dispositivos que Computam com Luz

Inovação no Campo da Nanotecnologia

Pesquisadores do MIT desenvolveram uma técnica inovadora que permite criar dispositivos fotônicos 3D com características em escala nanométrica, utilizando um método de encolhimento após a fabricação. Essa nova técnica, conhecida como "escultura por implosão", possibilita a geração de dispositivos em formatos variados, como hélices e estruturas inspiradas na asa de uma borboleta, como mostrado na imagem abaixo.

Uma Nova Era de Dispositivos Otimizados

A técnica permite a criação de vagas em qualquer local de um material, que pode ser reduzido a aproximadamente 1/2000 do seu volume original. Os engenheiros projetaram dispositivos de nanotecnologia que têm o potencial de serem usados em computação óptica e outras aplicações que envolvem a manipulação de luz visível. Com uma resolução de aproximadamente 800 nanômetros, essas características podem ser reduzidas a menos de 100 nanômetros.

Manipulando a Luz para Computação Óptica

Como esclarece Quansan Yang, um dos autores do estudo: "Para permitir aplicações nanofotônicas em luz visível, precisamos criar nanostruturas com tamanhos de características menores que 100 nanômetros. Somente assim podemos criar estruturas que manipulam a luz visível de forma precisa." A equipe demonstrou um dispositivo fotônico capaz de realizar uma tarefa simples de classificação de dígitos, com perspectivas futuras voltadas para imagens de alta velocidade e processamento de informações.

Estratégia e Potencial

A fabricação de dispositivos fotônicos que transmitem e manipulam luz é promissora, pois oferece uma alternativa energeticamente eficiente em comparação com as fichas de semicondutores. Contudo, as técnicas existentes ainda não alcançaram a resolução de 100 nanos que é necessária para o canalizar a luz visível, cujas ondas variam entre 380 e 750 nanômetros.

Implementação da Escultura por Implosão

Para fabricar esses dispositivos, pesquisadores precisaram estender o conceito de "fabricação por implosão", desenvolvido pelo laboratório de Edward Boyden em 2018, criando a variante chamada "escultura por implosão". Neste processo, um laser cria vagas - pequenos vazios onde o material do hidrogel foi removido - em locais específicos, resultando em propriedades ópticas diferentes das do hidrogel circundante.

Após a gravação do padrão desejado, o hidrogel é encolhido através de um processo de duas etapas, inicialmente imerso em uma solução que provoca um encolhimento dez vezes menor em cada dimensão. Em seguida, passa por uma secagem supercrítica que remove o líquido sem danificá-lo, resultando em uma redução de volume de até 2000 vezes.

Resultados e Futuro Potencial

Os pesquisadores criaram vários formatos 3D utilizando esta técnica, incluindo uma hélice e estruturas complexas que tradicionalmente não poderiam ser fabricadas com litografia de dois fótons convencional. Um dos dispositivos fabricados mostrou-se capaz de realizar a classificação de dígitos, uma tarefa utilizada para testar o desempenho de redes neurais, onde reconhece e indica números apresentados.

Esta pesquisa não apenas estabelece novas possibilidades para a computação óptica puramente baseada em luz, mas também termina com a perspectiva de manipulação material em cada local minuciosamente definido, possibilitando muitas mais aplicações futuras na ciência dos materiais e computação.