In una svolta per i futuri computer ibridi ottico-elettronici, gli scienziati dell'EPFL hanno sviluppato una tecnica ultraveloce in grado di tracciare la luce e gli elettroni mentre viaggiano attraverso una superficie nanostrutturata.

Quando la luce si accoppia agli elettroni su una superficie, il loro moto concertato può viaggiare come un'onda guidata dalla stessa geometria della superficie. Queste onde sono note come "plasmoni di superficie" e potrebbero essere utili nelle telecomunicazioni e nell'informatica futura, dove i dati verranno trasferiti attraverso i processori utilizzando la luce anziché l'elettricità. Oltre ad essere più efficiente dal punto di vista energetico, questi processori potrebbero essere miniaturizzati su scala nanometrica per costruire sensori ad alta risoluzione e sistemi di elaborazione del segnale di dimensioni nanometriche. Ma questi processori sarebbero costruiti impilando diversi strati di materiali avanzati e, finora, non abbiamo un modo affidabile per tracciare la luce guidata mentre si muove attraverso le loro interfacce. Gli scienziati dell'EPFL ora hanno fatto esattamente questo utilizzando un nuovo, metodo ultrarapido. La svolta è pubblicata oggi in Comunicazioni sulla natura .

Il laboratorio di Fabrizio Carbone all'EPFL ha guidato il progetto per creare un minuscolo array di antenne che consentisse ai plasmoni di viaggiare attraverso un'interfaccia. L'array consisteva in una membrana estremamente sottile di nitruro di silicio (spessore 50 nm) ricoperta da una pellicola ancora più sottile di argento (spessore 30 nm). Gli scienziati hanno quindi "perforato" una serie di nano-fori attraverso la superficie che fungerebbero da antenne, gli "hotspot" plasmonici.

I ricercatori hanno quindi sparato impulsi laser ultraveloci (luce) sull'array per illuminare le antenne. Con un ritardo temporale controllato, impulsi di elettroni ultracorti sono stati quindi sparati attraverso lo stack multistrato, mappare i plasmoni irradiati dalle antenne all'interfaccia tra il film d'argento e la membrana di nitruro di silicio. Utilizzando una tecnica ultraveloce chiamata PINEM, che può "vedere" i plasmoni di superficie, anche quando sono legati a un'interfaccia sepolta, gli scienziati sono stati effettivamente in grado di filmare la propagazione della luce guidata e leggere il suo profilo spaziale attraverso il film.

"Cercare di vedere i plasmoni in queste interfacce tra gli strati è un po' come cercare di filmare le persone in una casa dall'esterno, " spiega Fabrizio Carbone. "Una normale macchina fotografica non ti mostrerà nulla; ma se usi il microonde o un'immagine simile per il monitoraggio dell'energia, puoi vedere attraverso le pareti."

L'attuale documento apre la strada alla progettazione e al controllo di campi plasmonici confinati in strutture multistrato, che è fondamentale per i futuri dispositivi optoelettronici.