Investigadores da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara desenvolveram microLEDs tão finos quanto um fio de cabelo humano capazes de exercer funções tradicionalmente atribuídas a lasers, sobretudo em comunicações ópticas de curta distância dentro de centros de dados. O trabalho, liderado pelo engenheiro Roark Chao, demonstra que a nova geração de emissores de luz consegue direcionar o feixe com precisão, consumir menos energia e operar em temperaturas mais elevadas, eliminando a necessidade de sistemas de arrefecimento complexos.
Técnica alia nitreto de gálio e refletor de Bragg
O avanço baseia-se no uso de nitreto de gálio (GaN), material que viabilizou os LEDs azuis e rendeu o Prémio Nobel de Física em 2014. Os investigadores envolveram lateralmente a região emissora do LED com um refletor de Bragg, espécie de espelho multicamadas que confina a luz e reduz a dispersão do feixe. Esse arranjo gerou ganhos de aproximadamente 20 % na emissão de fotões pelo lado exposto ao ar e de mais de 130 % na emissão através do substrato, em comparação com dispositivos de referência.
A integração do refletor também diminuiu em cerca de 30 % a divergência do feixe, fator crucial para aplicações que exigem sinal ótico concentrado, como a transmissão de dados entre servidores. Em paralelo, houve melhoria significativa na eficiência: aumento de cerca de 35 % na conversão elétrica e de 46 % no rendimento energético global, valor que mede a proporção da energia retirada da tomada efetivamente transformada em luz útil.
Vantagens térmicas e redução de custos operacionais
Lasers semicondutores convencionais costumam perder desempenho a temperaturas relativamente baixas, obrigando operadores de centros de dados a instalar dissipadores térmicos e sistemas de climatização dedicados. Segundo Chao, os microLEDs em GaN suportam calor mais intenso sem queda de rendimento, dispensando unidades de refrigeração adicionais. A substituição promete diminuir custos de manutenção, prolongar a vida útil dos equipamentos e flexibilizar o arranjo físico de racks e servidores.
Além da robustez térmica, o tamanho diminuto — comparável ao diâmetro de um folículo capilar — facilita a integração direta nos circuitos óticos dos servidores, reduzindo perdas por acoplamento e simplificando o design das placas. A perspectiva é que, ao consolidar emissor e guia de luz no mesmo chip, seja possível aumentar a velocidade de comunicação interna sem expandir o consumo de energia.
Aplicações para ecrãs, realidade aumentada e mais
Embora o foco inicial seja a ligação ótica em centros de dados, os autores destacam que a mesma tecnologia pode beneficiar outros mercados. Displays microLED poderão tornar-se mais brilhantes e finos, graças à eficiência acrescida e ao controle direcional do feixe. A precisão na emissão também interessa a dispositivos de realidade aumentada e realidade virtual, que exigem fontes de luz compactas e económicas para projetar imagens de alta resolução.
Imagem: Tecnologia Inovação Notícias
Os resultados indicam ainda potencial para sistemas Li-Fi, que transmitem dados através de luz visível. A capacidade de operar em temperaturas elevadas e com baixo consumo expande as possibilidades de utilização em ambientes industriais, automotivos ou aeroespaciais, onde o espaço para refrigeração é limitado.
Próximos passos e desafios
O grupo de Chao planeia otimizar o design dos refletores de Bragg para ampliar ainda mais a eficiência e explorar diferentes geometrias de encapsulamento. Outro objetivo é testar a durabilidade dos microLEDs em regimes de operação contínua, condição típica de centros de dados que funcionam 24 horas por dia. A compatibilidade com processos de fabricação em larga escala será determinante para a adoção comercial.
Se as metas forem alcançadas, os microLEDs ultrafinos poderão representar uma alternativa competitiva aos lasers não apenas em telecomunicações de curta distância, mas também em aplicações que exigem fontes de luz estáveis, compactas e energeticamente eficientes.
