Pesquisadores desenvolvem interruptor de luz com baixíssimo consumo energético para a criação de chips fotônicos

Pesquisadores das universidades da Pensilvânia e de Montana desenvolveram um interruptor controlado por luz capaz de realizar a comutação totalmente óptica com um consumo energético de aproximadamente 4 femtojoules. O avanço, detalhado em publicação de 2026 na Physical Review Letters, visa viabilizar a criação de chips fotônicos voltados para inteligência artificial, superando a dificuldade inerente de fazer com que fótons interajam entre si.

Diferente dos sistemas eletrônicos, que dependem do movimento de elétrons, a computação totalmente óptica processa informações por meio da luz, o que permite maior velocidade de transmissão e menor geração de calor. Para viabilizar essa transição, a equipe utilizou o disseleneto de molibdênio (MoSe₂), um semicondutor bidimensional de camada única, integrado a uma nanocavidade de cristal fotônico que confina a luz em escala reduzida.

O mecanismo baseia-se na criação de éxciton-polaritons, quasipartículas híbridas que surgem do acoplamento entre fótons e éxcitons — pares de elétrons e buracos no semicondutor. Essa combinação une a alta velocidade de propagação da luz com a capacidade de interação da matéria, permitindo que o comportamento óptico do sistema seja alterado com baixíssimo gasto energético. A nanocavidade potencializa esse efeito ao prender os polaritons em uma região de subcomprimento de onda, intensificando as respostas ópticas não lineares.

No experimento, a monocamada de MoSe₂ recebeu ajuste de carga e foi acoplada a uma nanocavidade planar de cristal fotônico, onde a ressonância excitônica do material promoveu a hibridização entre as partículas. Os resultados mostraram que a comutação do espectro da cavidade ocorreu com energias de excitação significativamente inferiores aos limites anteriormente registrados em sistemas 2D de éxciton-polaritons.

A operação do dispositivo ocorre em escala ultrarrápida, com tempo de resposta de poucos picossegundos, conforme indicado por análise de espectroscopia pump-probe. De acordo com Li He, professor assistente da Universidade Estadual de Montana e autor sênior do trabalho, o objetivo é consolidar o processamento de informações via luz em substituição à eletricidade.

A estrutura desenvolvida permite a produção em massa, pois utiliza materiais e técnicas de fabricação padronizadas, facilitando a integração em circuitos fotônicos complexos. Essa arquitetura possibilita a implementação de chips com milhares de componentes ópticos interativos, com aplicações que abrangem o processamento de informação fotônica quântica, computação neuromórfica e hardware de alta velocidade para modelos de IA.