A indústria de fotônica integrada é de grande escala, mas enfrenta o desafio da sensibilidade do hardware à temperatura. Dispositivos fotônicos, como componentes essenciais de centros de dados, processam informações usando transmissão de luz, oferecendo vantagens significativas. No entanto, temperaturas muito altas ou muito baixas podem interferir nas propriedades fotônicas, limitando aplicações mais amplas. Embora instalações avançadas de computação consigam evitar problemas causados por grandes sensores eletrônicos de temperatura, os termômetros sempre foram uma parte potencial dos chips fotônicos.
Pesquisadores da Escola de Engenharia da Universidade Columbia publicaram um novo artigo na Nature Photonics, revelando um novo uso para resistores metálicos em filme fino. Esses resistores, normalmente usados para ajuste térmico de dispositivos fotônicos, também podem medir temperatura. Essa característica promete eliminar a necessidade de sensores de temperatura externos, liberando o potencial da fotônica integrada. Segundo o professor Alexander Gaeta, a tecnologia oferece um método simples, compatível com fábricas de semicondutores, podendo ser aplicada em circuitos fotônicos integrados em grande escala em breve.
Embora os fótons sejam poderosos, eles também são frágeis: pequenas variações de temperatura podem deslocar sua fase ou alterar a frequência de ressonância. Tanto a temperatura ambiental quanto o calor gerado por circuitos co-embalados interferem na fotônica. O objetivo da indústria de fotônica integrada é combinar circuitos eletrônicos e fotônicos no mesmo chip, mas monitorar a temperatura do chip fotônico é complexo, exigindo equipamentos externos, o que dificulta a miniaturização.
Os pesquisadores da Columbia encontraram um novo uso para componentes comuns. Há mais de uma década, profissionais da área integram filmes finos de platina ao hardware, funcionando como resistores cujo controle de tensão altera a frequência de ressonância. Platina em bloco é usada há muito tempo como sensor de temperatura em ambientes extremos. O pesquisador pós-doutoral Dacha descobriu a relação entre resistência de platina e temperatura: resistores de platina integrados têm alta dependência da temperatura, permitindo leituras precisas. A equipe demonstrou a utilidade prática do termômetro integrado para estabilizar microcavidades fotônicas, mantendo a frequência do laser na faixa de picômetros desejada por mais de dois dias, com estabilidade do cavidade sem necessidade de fotodetecção.
O termômetro é independente da plataforma, adequado para diferentes materiais e configurações de chip, podendo ajudar a estabilizar moduladores de anel de silício e sendo crucial para novos dispositivos quânticos, com potencial para reduzir o tamanho de câmaras de baixa temperatura. Segundo Dacha, problemas térmicos sempre foram um desafio na área, e este trabalho representa o primeiro passo para operação em grande escala de dispositivos fotônicos.
