Pesquisadores apresentaram duas estruturas fotônicas em silício que utilizam filmes de nanotubos de carbono (CNT) para ajustar, por aquecimento elétrico, a propagação de ondas na faixa de 330 GHz. Os resultados, publicados em 5 de novembro de 2025 na revista Advanced Functional Materials, demonstram um modulador de banda larga e um filtro de banda estreita baseados em cristais fotônicos topológicos do tipo Valley Hall.
Como funciona
Os dispositivos partem de uma lâmina de silício perfurada com pares de orifícios triangulares de 242,5 µm de período e 215 µm de altura. A diferença de tamanho entre os triângulos quebra a simetria de inversão, abrindo um bandgap onde surgem estados de borda topológicos capazes de conduzir luz mesmo em curvas fechadas ou defeitos de superfície.
Lâminas finas de CNT, posicionadas a 10 células da borda de um guia de onda em forma de ômega e a 7 células de uma cavidade acoplada, aquecem quando submetidas a tensões de até 26 V. O aumento de temperatura altera o índice de refração do silício, deslocando as frequências guiadas e permitindo modulação ou filtragem sem componentes ópticos volumosos.
Modulador de banda larga
O guia em formato ômega ocupa 11,5 mm × 11,5 mm e apresenta quatro curvas de 120°. Sem tensão, transmite entre 315,41 GHz e 348,06 GHz, com perda quase nula em 331,74 GHz. Aplicando 26 V, a transmissão média nessa faixa cai 71 %; em um ponto chega a 90 % de atenuação. O aquecimento desloca o limite superior da banda passante para dentro do bandgap, reduzindo o sinal.
A temperatura no modulador sobe de 23 °C para 131 °C conforme a tensão aumenta, e o tempo de estabilização é de 29 s no aquecimento e 3,9 s no resfriamento.
Filtro ajustável
O segundo componente combina um guia topológico reto com uma cavidade ressonante. Duas frequências – 330,30 GHz e 334,48 GHz – sofrem fortes atenuações, com fatores de qualidade (Q) mantidos durante o ajuste. Sob 26 V, cada ressonância desloca-se ~0,53 GHz para baixo, sem degradação do Q.
Imagem: combining topological nic structure
No filtro, a temperatura aumenta de 21 °C para 50 °C; os tempos de resposta são de 4,7 s a 4,9 s tanto no aquecimento quanto no resfriamento.
Medições e coeficientes
A variação de transmissão é de ~0,007 por grau Celsius no modulador, enquanto as frequências de ressonância se deslocam 17–18 MHz/°C no filtro. A partir desses dados, o coeficiente termo-óptico do silício foi estimado em 1,89 × 10-4/°C, valor compatível com relatórios anteriores para silício poroso ou estruturado nessa faixa de frequências.
Os autores ressaltam que a integração de CNTs preserva as baixas perdas dos guias topológicos e pode ser aplicada a outros componentes, criando um conjunto de blocos ajustáveis para futuros circuitos terahertz compactos em silício, voltados a comunicações, imageamento e sensoriamento.
Com informações de Nanowerk
