É um chip de laser compacto que emite um tipo especial de pulsos ultrarrápidos, os solitões (na gama dos picossegundos de duração, ou um milésimo de nanossegundo), e valeu à equipa que o desenvolveu um artigo publicado na revista científica Nature. Entre os membros responsáveis pela descoberta está Marco Piccardo, professor do Instituto Superior Técnico e investigador no Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores – Microssistemas e Nanotecnologias (INESC MN).
Os solitões são pulsos de luz peculiares que mantêm o seu formato ao longo do tempo e distância, sendo resistentes a perturbações. São particularmente promissores devido às suas aplicações em transmissão ultrarrápida de dados e em espectroscopia (o estudo da absorção e emissão de radiação pela matéria), aumentando significativamente a velocidade e eficiência destes sistemas.
O trabalho demonstra que, contrariamente à ideia de que os solitões só poderiam ser produzidos em sistemas mais complexos e de maiores dimensões, bastam dois lasers em miniatura num único chip – um deles age como fonte e o outro como anel de ressonância onde estes pulsos se formam – para criar solitões estáveis na região média do infravermelho ao ritmo de mil milhões de pulsos por segundo (isto é, um gigahertz), com um consumo mínimo de energia.
A ideia surgiu a Marco Piccardo, um dos criadores do projeto e terceiro autor do artigo, no início de 2020, após uma conversa com o físico Luigi Lugiato (autor da equação de Lugiato-Lefever, celebrada em áreas como a ótica quântica). “Não esperávamos um trajeto tão claro para a criação de solitões brilhantes, muito menos num dispositivo tão prático e integrado”, acrescenta o professor do Técnico, também docente convidado da Universidade de Harvard.
Não é a primeira vez que o trabalho da equipa que Marco Piccardo integra surge na Nature. Em janeiro de 2024, a mesma equipa de investigação demonstrou um laser semicondutor compacto em forma de anel, capaz de produzir ondas solitárias conhecidas como solitões escuros (estes podem ser imaginados como flashes de escuridão que se propagam através de um fluxo constante e contínuo de luz – como uma “sombra pulsante”). Apesar de serem intrigantes do ponto de vista fundamental, os solitões escuros têm aplicações práticas limitadas, uma vez que a maioria das aplicações tecnológicas prefere solitões brilhantes—pulsos de luz intensa que viajam sobre um fundo luminoso constante.
Desta vez, e para ultrapassar este desafio, a mais recente descoberta da equipa envolve a integração de um laser auxiliar adicional no anel. Esta fonte laser externa permite iniciar e controlar a formação de solitões brilhantes, estes sim com mais aplicações, numa plataforma compacta integrada num chip.
Ao fim de anos de estudos teóricos e experimentais que abarcaram investigadores de Harvard, da austríaca TU Wien e de colegas em Itália, estes resultados abrem caminho para tecnologias de fotónica compactas e poderosas na região média da radiação infravermelha.
