Princípios importantes
- Pesquisadores dizem que um avanço no uso da luz para enviar informações pode levar a gadgets de consumo de energia extremamente baixo.
- Os pesquisadores usaram um novo tipo de semicondutor para criar pontos quânticos dispostos como uma caixa de ovos.
- A nova pesquisa está entre uma série de novas tecnologias que podem permitir dispositivos de ultrabaixo consumo de energia.
Um avanço recente no envio de informações usando luz pode levar a gadgets de consumo de energia extremamente baixo.
Pesquisadores demonstraram como eles poderiam usar um efeito quântico conhecido como não linearidade para modificar e detectar sinais de luz fracos. O desenvolvimento eventualmente poderia ser usado em dispositivos eletrônicos pessoais. Mas não espere ver um gadget quântico na Best Buy tão cedo.
"A abordagem descrita neste artigo é relevante e empolgante, mas parece estar longe de ser implantada ", Scott Hanson, fundador e diretor de tecnologia da Ambiq, empresa especializada em dispositivos de baixo consumo, disse em uma entrevista por e-mail.
"Os chips usados nos dispositivos mais recentes de hoje são baseados aproximadamente nos mesmos 'switches' baseados em silício que existem há décadas. Mesmo pequenas mudanças na forma como esses chips são fabricados levam muitos anos para serem implantadas."
Efeitos Quânticos Levam à Descoberta
Os pesquisadores usaram um novo tipo de semicondutor para criar pontos quânticos dispostos como uma caixa de ovos. A equipe produziu esta paisagem de energia da caixa de ovos com dois flocos de semicondutor, que são considerados materiais bidimensionais porque são feitos de uma única camada molecular, com apenas alguns átomos de espessura.
Os semicondutores bidimensionais têm propriedades quânticas que são muito diferentes dos pedaços maiores e podem ser usados em dispositivos de baixa potência.
Para que isso seja sustentável, devemos encontrar uma maneira de preservar a vida útil da bateria - o que significa operar eletrônicos com menos energia.
"Os pesquisadores se perguntam se efeitos não lineares detectáveis podem ser sustentados em níveis de energia extremamente baixos - até fótons individuais. Isso nos levaria ao limite inferior fundamental de consumo de energia no processamento de informações ", Hui Deng, professor de física e autor sênior do artigo na Nature descrevendo a pesquisa, disse em um comunicado à imprensa.
Um dos principais desafios que os pesquisadores tiveram que superar foi como controlar os pontos quânticos. Para controlar os pontos como um grupo com luz, a equipe construiu um ressonador fazendo um espelho na parte inferior, colocando o semicondutor em cima dele e, em seguida, depositando um segundo espelho em cima do semicondutor.
"Você precisa controlar a espessura com muita força para que o semicondutor esteja no máximo do campo óptico", disse Zhang Long, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Deng e primeiro autor do artigo, no comunicado de imprensa..
Os novos semicondutores 2D podem levar os dispositivos quânticos à temperatura ambiente, em vez do frio extremo que é atualmente necessário.
"Estamos chegando ao fim da Lei de Moore", disse Steve Forrest, professor de engenharia e coautor do artigo, referindo-se à tendência da densidade de transistores em um chip dobrar a cada dois anos, em o comunicado de imprensa.
"Materiais bidimensionais têm muitas propriedades eletrônicas e ópticas excitantes que podem, de fato, nos levar a essa terra além do silício."
Se a pesquisa de Deng der certo, os dispositivos de energia ultrabaixa (ULPD) podem ser de enorme benefício para os usuários, disse Charlie Goetz, CEO da Powercast, uma empresa de energia sem fio, em uma entrevista por e-mail."Eles permitirão que redes IoT onipresentes sejam configuradas e implantadas. Estas, por sua vez, alimentarão a IA, que pode então converter a quantidade de entrada em saída de qualidade", acrescentou.
"As ULPDs serão o fator de habilitação que conduzirá cidades mais verdes, seguras, eficientes e inteligentes do futuro."
Explorando muitas avenidas para baixo consumo de energia
Os pesquisadores estão explorando uma série de outras tecnologias que podem permitir dispositivos de ultrabaixo consumo de energia.
"Houve avanços impressionantes no espaço System on a Chip (SoC) nos últimos anos", disse Goetz. "Esses dispositivos de baixa potência podem funcionar por anos com uma bateria e, mais significativamente, podem ser alimentados sem fio à distância usando frequências de rádio ou, em alguns casos, infravermelho."
A raça humana está nadando em baterias de smartphones para alarmes de incêndio, disse Hanson. "Isso está rapidamente se tornando incontrolável à medida que nossas roupas, casas e as cidades ao nosso redor se tornam 'inteligentes' e 'conectadas'", acrescentou.
"Para que isso seja sustentável, devemos encontrar uma maneira de preservar a vida útil da bateria - o que significa operar eletrônicos com menos energia. As tecnologias que atingem esse objetivo de 'beber menos energia' são críticas."
