Escola São Paulo de Ciência Avançada sobre nanofotônica seleciona alunos

Pesquisadores de diversos países compõem programação dedicada aos desafios físicos de se confinar a luz em circuitos de microchips, controlar sua propagação e convertê-la em sinais elétricos

Diego Freire  |  Agência FAPESP – Em 1977, a primeira fibra óptica brasileira foi instalada em uma torre de 2 metros de altura no Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). Quase quatro décadas depois, a instituição se prepara para receber pesquisadores de diversos países para compartilhar experiências científicas de uma nova revolução na área, da qual também participa: a da nanofotônica, que promete levar os avanços da fibra óptica à escala dos microchips e nanochips de computador, entre outras aplicações.

Entre os dias 17 e 29 de julho, a Unicamp sedia a São Paulo School of Advanced Science on Nanophotonics, realizada com o apoio da FAPESP no âmbito do programa Escola São Paulo de Ciência Avançada (ESPCA). Em paralelo será realizada a 15ª Jorge Andre Swieca School on Nonlinear and Quantum Optics, evento bianual da Sociedade Brasileira de Física (SBF).

Serão selecionados 50 estudantes brasileiros e outros 50 estrangeiros, da graduação ao pós-doutorado, para participar da programação conjunta, com aulas ministradas por especialistas de instituições do Brasil e de diversos países e cursos práticos nas áreas de nanofotônica, óptica não linear e óptica quântica. Os participantes terão a maior parte das suas despesas cobertas durante o evento, incluindo hospedagem e passagem aérea em classe econômica.

“A programação é tão interdisciplinar quanto a própria nanofotônica, que, além da física, envolve conhecimentos de áreas como as ciências dos materiais, no desenvolvimento das ‘pontes’ entre os fotodetectores que irão absorver e converter melhor a luz em sinais elétricos, e as engenharias, especialmente a elétrica, na formulação comercial das inovações desenvolvidas. A programação da ESPCA busca contemplar todos esses campos para fornecer uma formação completa aos alunos por meio da experiência de algumas das mentes por trás dos mais recentes avanços em nanofotônica”, disse Gustavo Silva Wiederhecker, professor do IFGW e membro do comitê organizador do evento.

Em 2012, um desses avanços estampou a capa da revista Physical Review Letters: um micro-oscilador optomecânico feito de nitreto de silício, desenvolvido por Wiederhecker com apoio da FAPESP por meio da pesquisa Nanofotônica em semicondutores do Grupo IV e III-V (leia mais em agencia.fapesp.br/16815). Com diâmetro igual à metade do diâmetro de um fio de cabelo, o dispositivo abre caminho para o uso de luz nos microchips dos computadores com a finalidade de transportar informação, o que o pesquisador considera o “Santo Graal” da nanofotônica.

“As tecnologias baseadas na fibra óptica, que foram revolucionárias e hoje já estão muito bem estabelecidas, consistem basicamente na união de componentes responsáveis por converter a luz em sinais elétricos e vice-versa. A nanofotônica, que investiga o comportamento da luz nas escalas micro e nano, tenta transpor essa tecnologia de transmissão de dados em longa distância para os microchips, confinando a luz até um limite em que seja possível conectar núcleos de um computador por meio dela”, explica.

Dessa forma, seria viável um processador de um computador pessoal possuir, em vez dos quatro núcleos mais comumente encontrados nos dias de hoje, centenas deles, todos se comunicando por meio da luz. O desafio, portanto, é desenvolver maneiras de detectá-la e convertê-la em sinais elétricos numa escala espacial compatível com a da microeletrônica.

“O comprimento da onda óptica é de 1 a 1,5 micrometro, um centésimo do de um fio de cabelo, e os microchips de computador têm transmissores com cerca de 50 nanômetros de diâmetro – ou seja, 50 milionésimos de milímetro. O objetivo é ‘espremer’ a luz nessa dimensão espacial consideravelmente menor.”

Mão na massa

Durante a ESPCA, além dos minicursos, os alunos terão a oportunidade de experimentar na prática tecnologias e metodologias de pesquisa que têm feito a nanofotônica avançar. Serão cinco cursos práticos ministrados por professores e pesquisadores do IFGW, nas áreas de cavidades optomecânicas, pulsos ultracurtos, método dos elementos finitos, ressonadores microring e óptica não linear em guias de onda.

Ministrado por Wiederhecker, o curso prático na área de elementos finitos envolverá os estudantes em simulações para que aprendam a usar um pacote de métodos do software Comsol Multiphysics, plataforma para modelagem com base em Física. Os alunos serão capazes de simular virtualmente fenômenos físicos incluindo suas próprias equações para descrever propriedades de materiais e diversos outros parâmetros.

O curso de cavidades optomecânicas, ministrado por Thiago Pedro Mayer Alegre, explorará a interação entre radiações eletromagnéticas e micro e nanomecânica.

No curso mnistrado por Lázaro Aurélio Padilha Júnior, os estudantes realizarão experimentos de excitação e prova com pulsos lasers ultracurtos para investigar a dinâmica de materiais.

No curso de ressonadores microring, Newton Cesario Frateschi e Luis Alberto Mijam Barea, irão caracterizar a resposta óptica desses aparelhos – que exibem ressonância ou comportamento ressonante, oscilando naturalmente a determinadas frequências.

Paulo Clóvis Dainese Júnior será responsável pelo curso sobre óptica não linear em guias de onda, em que os alunos escolherão entre uma gama de diferentes experiências, lidando com a instabilidade da modulação em fibras ópticas altamente não lineares e com o espalhamento de Brillouin em nanofios de sílica cônicos, entre outros aspectos.

Entre os destaques internacionais da programação estão palestras e aulas de Philip Russell, do Max Planck Institute for the Science of Light, em Erlangen, na Alemanha; Alexander Gaeta e Michal Lipson, ambos da Columbia University, em Nova York, Hong Tange, da Yale University, em Nova Haven, Oskar Painter, do California Institute of Technology (Caltech), em Pasadena, e Scott Diddams, da University of Colorado, em Boulder, todas nos Estados Unidos; Raman Kashyap, da École Polytechnique de Montréal, em Quebec, no Canadá; e James Roy Taylor, do Imperial College London, em Londres, no Reino Unido.

Interessados em participar da São Paulo School of Advanced Science on Nanophotonics têm até 10 de maio para se inscrever. Mais informações em sites.ifi.unicamp.br/spsasnano.