Il nuovo dispositivo è più piccolo di una miniatura con una dimensione di 0,1 x 4 mm, e potrebbe essere integrato nei dispositivi elettronici di tutti i giorni come gli smartphone. Credito:CUDOS
I fisici del Centro di eccellenza ARC per dispositivi a larghezza di banda ultraelevata per sistemi ottici (CUDOS) hanno sviluppato una nuova piattaforma integrata ibrida, promettendo di essere un'alternativa più avanzata ai circuiti integrati convenzionali. I ricercatori hanno dimostrato che il loro approccio è fabbricabile in serie, rendendo possibile l'integrazione della piattaforma nelle apparecchiature elettroniche di uso quotidiano come gli smartphone. Per gli utenti finali questo progresso tecnico significa che potrebbe portare a Internet più veloce sui loro dispositivi elettronici di prossima generazione.
Circuiti integrati, le cosiddette patatine, sono utilizzati nelle apparecchiature elettroniche di tutti i giorni come telefoni cellulari e computer. È un insieme di circuiti elettronici su un piccolo pezzo piatto di materiale semiconduttore, normalmente silicio. Ma questo materiale ha alcune limitazioni quando si tratta di elaborare i dati.
Per superare queste limitazioni e migliorare l'elaborazione dei dati, i ricercatori stanno sviluppando circuiti ottici in vetro calcogenuro. Questo particolare tipo di vetro viene utilizzato per reti di telecomunicazioni ultraveloci, trasferire informazioni alla velocità della luce.
L'integrazione di questi circuiti ottici in vetro nei chip di silicio potrebbe portare a un sistema di comunicazione più avanzato, elaborazione dei dati cento volte più veloce. È possibile combinare questi due materiali?
La risposta è si! In collaborazione con i fisici dell'Australian Institute for Nanoscale Science and Technology (AINST) dell'Università di Sydney, l'Australian National University (ANU) e la RMIT University, il gruppo di ricerca CUDOS attorno al dottorando Blair Morrison e il ricercatore senior Dr Alvaro Casas Bedoya hanno creato compact, circuiti ottici fabbricabili in serie con funzionalità avanzate combinando vetri non lineari con materiale a base di silicio.
"Negli ultimi anni il gruppo dell'Università di Sydney ha ripetutamente dimostrato interessanti funzionalità, come i dispositivi a microonde a banda larga che migliorano le tecnologie radar e di contromisura, usando questi nuovi bicchieri di calcogenuro, " ha detto Blair Morrison dal nodo CUDOS dell'Università di Sydney.
"Ora abbiamo dimostrato che è possibile combinare questo materiale con l'attuale piattaforma standard del settore per l'integrazione fotonica, silicio, " Egli ha detto.
"Abbiamo integrato un nuovo vetro non lineare in una piattaforma compatibile con CMOS scalabile a livello industriale. Abbiamo mantenuto i vantaggi chiave sia del silicio che del vetro, e realizzato un circuito ottico ultracompatto funzionale ed efficiente, ", ha affermato il dottor Alvaro Casas Bedoya, responsabile della nanofabbricazione fotonica di CUDOS.
"Si creerà una ricchezza di nuove opportunità, e questo ci avvicina di un passo allo spostamento della nostra ricerca dal laboratorio alle applicazioni industriali, " ha detto Blair Morrison.
Il direttore di CUDOS e professore premio ARC Benjamin Eggleton dell'Università di Sydney ha affermato che questo nuovo approccio consentirà un giorno all'industria di miniaturizzare le funzionalità fotoniche da dispositivi dalle dimensioni di un laptop alle dimensioni di uno smartphone e anche più piccole, consentendo l'implementazione in applicazioni del mondo reale.
Blair Morrison (L) e Alvaro Casas Bedoya che tiene in mano uno dei circuiti fotonici ibridi su cui hanno eseguito l'integrazione ibrida. Credito:CUDOS
"Questo è eccitante, perché questa è una piattaforma più compatibile con la produzione di semiconduttori esistente e ci consentirà di integrare più funzionalità su un singolo chip di silicio, con componenti attivi e passivi, come rivelatori e modulatori, richiesto per applicazioni avanzate, " ha detto il professor Eggleton che ha supervisionato il progetto.
Il team di ricerca multiuniversitario ha attraversato l'intero processo di produzione:la fabbricazione di questi dispositivi utilizza wafer di silicio provenienti da una fonderia di semiconduttori in Belgio, una struttura dedicata nel Laser Physics Center dell'ANU per la deposizione del vetro, litografia nella School of Engineering della RMIT University e vengono poi caratterizzati e testati presso l'AINST dell'Università di Sydney.
Per mostrare le potenzialità del nuovo approccio, i ricercatori CUDOS hanno ulteriormente dimostrato un nuovo laser compatto basato sulle interazioni luce-suono, la prima volta in un circuito ottico integrato.
"La svolta qui è questa consapevolezza che possiamo effettivamente interfacciarci, possiamo integrare quel vetro sul silicio e possiamo interfacciarci dal silicio al vetro in modo molto efficiente - possiamo sfruttare il meglio di entrambi i mondi, "Ha detto il professor Eggleton.
La ricerca è pubblicata su ottica oggi.
Professoressa Susan Pond, il Direttore dell'AINST, ha sottolineato che questo progetto è una delle attività di punta dell'AINST che si occupa di sfruttare le interazioni tra fotoni e fononi su scala nanometrica. Questo lavoro collega la ricerca fondamentale sulle interazioni della materia leggera su scala nanometrica con una prospettiva dell'utente finale e un forte accoppiamento con l'industria.