Besouro brasileiro tem a chave para computadores ópticos do futuro

Computadores ópticos ultra-rápidos têm sido um sonho dos cientistas há muito tempo. Mas eles não têm tido sucesso até agora principalmente por não serem capazes de fabricar um cristal fotônico ideal, capaz de manipular a luz visível.

Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Utah, nos Estados Unidos, acredita ter encontrado o cristal fotônico ideal já pronto, na natureza. Mais especificamente, na carapaça de um besouro brasileiro, o Lamprocyphus augustus.

“Parece que uma criatura tão simples quanto um besouro nos forneceu uma das estruturas mais sonhadas pela tecnologia para a construção da próxima geração de computadores,” afirma o professor Michael Bartl. “A natureza tem formas simples de construir estruturas e materiais que ainda não podem ser fabricados com nossas estratégias de engenharia e nem com nossos instrumentos de milhões de dólares.”

Outro fato interessante da pesquisa é que, apesar do Lamprocyphus augustus só ocorrer no Brasil, os cientistas não tiveram que vir aqui coletar um exemplar: eles o encomendaram de um vendedor de insetos da Bélgica, que aceita encomendas pela Internet.

Agora que encontraram o cristal ideal, além de ter certeza de que ele é viável na prática, os cientistas terão que desenvolver formas de fabricá-lo de forma sintética.

Os cristais fotônicos são essenciais para a construção de circuitos eletrônicos que manipulem os dados por meio de fótons (luz), em vez de elétrons (cargas elétricas). A luz já é largamente utilizada para a transmissão de dados por meio das fibras ópticas, mas os dados têm que ser convertidos de volta em elétrons para que sejam processados pelos computadores.

Os cristais fotônicos também são tidos como promissores para amplificar a luz, tornando as células solares mais eficientes, e para criar lasers microscópicos, para servirem como fontes de luz em chips ópticos.

Luz de diferentes cores (diferentes comprimentos de ondas) passam pelos cristais fotônicos a diferentes velocidades, enquanto alguns comprimentos de onda são simplesmente refletidos, para os quais o cristal funciona como um espelho. “Cristais fotônicos são um novo tipo de material óptico que manipula a luz de forma não-clássica,” diz Bartl.

O cristal fotônico ideal – chamado de cristal campeão – foi descrito teoricamente pela primeira vez em 1990. Os cientistas mostraram que um cristal fotônico ótimo – capaz de manipular a luz da forma mais eficiente possível – deveria ter a mesma estrutura cristalina que os átomos de carbono têm no diamante. O diamante, contudo, não pode ser usado como cristal fotônico porque seus átomos ficam agrupados de forma muito densa para permitir a manipulação da luz visível.

Quando feita com o material adequado, a estrutura atômica do diamante cria um grande bandgap fotônico, o que significa que a estrutura cristalina impede a propagação da luz de uma determinada faixa de comprimentos de onda. Esses materiais são necessários para que os circuitos ópticos possam lidar com a luz visível.

Besouro brasileiro tem a chave para computadores ópticos do futuroOs pesquisadores descobriram que a cor verde do Lamprocyphus augustus é produzida por suas escamas, e não por pigmentos. A luz verde – que tem comprimentos de onda entre 500 e 550 nanômetros – não pode penetrar na estrutura cristalina das escamas, que agem como espelho para essa cor específica, exatamente como se espera de um cristal fotônico.

As escamas de besouro são feitas de quitina, a base do exoesqueleto da maioria dos insetos. Cada escama mede 200 micrômetros de comprimento por 100 micrômetros de largura. Ao analisá-las utilizando diversas técnicas, os cientistas descobriram que estas escamas têm exatamente a estrutura atômica do cristal campeão.

As escamas do besouro não podem ser utilizadas diretamente em aplicações tecnológicas porque elas têm uma composição parecida com nossas unhas, não sendo estáveis o suficiente para usos duradouros, não são semicondutoras e não conseguem curvar a luz de forma adequada.

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