I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno sviluppato il primo componente del circuito optoelettronico che funziona senza vetro ed è invece realizzato in metallo. Il componente, detto modulatore, converte i segnali di dati elettrici in segnali ottici. È più piccolo e più veloce degli attuali modulatori, e molto più facile ed economico da realizzare.

I componenti ottici per la microelettronica devono essere in vetro. I metalli non sono adatti a questo scopo, poiché i dati ottici possono propagarsi solo su una distanza di circa 100 micrometri. Questa era la visione generale degli scienziati fino a poco tempo fa. Un team di ricercatori guidato da Juerg Leuthold, docente presso il Dipartimento di Informatica e Ingegneria Elettrica, è ora riuscito a fare ciò che si pensava fosse impossibile e ha sviluppato un componente per la lavorazione della luce in metallo. I ricercatori hanno presentato i loro risultati nell'ultimo numero della rivista Scienza .

Hanno compiuto questa impresa costruendo un componente abbastanza piccolo:a soli 3 x 36 micrometri, rientra in un intervallo di dimensioni in cui le informazioni sia ottiche che elettriche possono propagarsi nei metalli.

Componente per reti in fibra ottica

Il componente è un modulatore:i modulatori convertono i segnali di dati elettrici in segnali ottici. Sono installati nei moderni router Internet utilizzati per le reti in fibra ottica e consentono connessioni dati in fibra ottica tra le unità di computer nei data center. Però, i componenti standard utilizzati oggi funzionano in modo diverso rispetto ai nuovi modulatori.

Il nuovo componente funziona puntando la luce di una sorgente in fibra ottica verso il modulatore, facendo oscillare gli elettroni sulla sua superficie. Gli esperti si riferiscono a questo come un'oscillazione plasmonica di superficie. Questa oscillazione può essere modificata indirettamente da impulsi di dati elettrici. Quando l'oscillazione degli elettroni viene riconvertita in luce, l'informazione elettrica è ora codificata sul segnale ottico. Ciò significa che le informazioni vengono convertite da un impulso dati elettrico a uno ottico che può essere trasmesso tramite fibra ottica.

Più veloce e più piccolo

Due anni fa, Leuthold e i suoi colleghi hanno sviluppato uno di questi modulatori plasmonici. Al tempo, era il modulatore più piccolo e veloce mai costruito, ma il chip semiconduttore aveva ancora vari componenti in vetro.

Sostituendo tutti i componenti in vetro con quelli metallici, gli scienziati sono riusciti a costruire un modulatore ancora più piccolo che funziona alla massima velocità. "Nei metalli, gli elettroni possono muoversi praticamente a qualsiasi velocità, considerando che la velocità nel vetro è limitata a causa delle sue proprietà fisiche, "dice Masafumi Ayata, uno studente di dottorato nel gruppo di Leuthold e autore principale dello studio. Nell'esperimento, i ricercatori sono riusciti a trasmettere dati a 116 gigabit al secondo. Sono convinti che con ulteriori miglioramenti, saranno possibili velocità di trasferimento dati ancora più elevate.

Inciso da uno strato d'oro

Il prototipo di modulatore testato dai ricercatori dell'ETH è costituito da uno strato d'oro che giace su una superficie di vetro. Gli scienziati hanno sottolineato che il vetro non ha alcuna funzione. "Invece dello strato di vetro, potremmo anche usare altre superfici lisce adatte, " dice Leuthold. Potrebbe anche essere possibile utilizzare rame meno costoso invece dell'oro per applicazioni industriali. Il punto importante è che è richiesto un solo rivestimento metallico per i nuovi modulatori. "Questo li rende molto più facili ed economici da fabbricare, "dice Leuthold.

I ricercatori stanno già lavorando con un partner industriale per mettere in pratica il nuovo modulatore, e sono in corso colloqui con altri partner. Però, Leuthold ritiene che possa essere necessario un ulteriore sviluppo prima che la tecnologia sia pronta per il mercato; Per esempio, si aspetta che l'attuale perdita di potenza del segnale durante la modulazione possa essere ridotta ulteriormente.

Per computer e veicoli autonomi

Il nuovo modulatore potrebbe un giorno essere utilizzato non solo per applicazioni di telecomunicazioni, ma anche per i computer. "L'industria informatica sta valutando l'utilizzo della fibra ottica per trasferire i dati tra i singoli chip all'interno dei computer, " dice Leuthold. Tuttavia, ciò richiederebbe piccoli modulatori, come quelli che Leuthold e il suo team hanno sviluppato.

In definitiva, è anche ipotizzabile che i modulatori possano essere utilizzati in display – compresi quelli pieghevoli – e sensori ottici, come quelli del sistema Lidar per la misurazione della distanza utilizzati nelle auto (semi)autonome.