L'arcobaleno non è solo colori:ogni colore della luce ha la sua frequenza. Più frequenze hai, maggiore è la larghezza di banda per la trasmissione delle informazioni.

L'utilizzo di un solo colore di luce alla volta su un chip elettronico attualmente limita le tecnologie basate sul rilevamento dei cambiamenti nel colore sparso, come il rilevamento di virus nei campioni di sangue, o l'elaborazione di immagini aeree della vegetazione durante il monitoraggio di campi o foreste.

Mettere in servizio più colori contemporaneamente significherebbe implementare più canali di informazione contemporaneamente, ampliando la larghezza di banda non solo dell'elettronica di oggi, ma anche della futura "nanofotonica" ancora più veloce che si baserà sui fotoni, particelle di luce veloci e prive di massa, piuttosto che su elettroni lenti e pesanti per elaborare le informazioni con dispositivi ottici su nanoscala.

IBM e Intel hanno già sviluppato chip per supercomputer che combinano la maggiore larghezza di banda della luce con le tradizionali strutture elettroniche.

Mentre i ricercatori progettano soluzioni per sostituire eventualmente l'elettronica con la fotonica, un team guidato dalla Purdue University ha semplificato il processo di produzione che consente di utilizzare più colori contemporaneamente su un chip elettronico invece di un singolo colore alla volta.

I ricercatori hanno anche affrontato un altro problema nella transizione dall'elettronica alla nanofotonica:i laser che producono luce dovranno essere più piccoli per adattarsi al chip.

"Un laser in genere è un dispositivo monocromatico, quindi è una sfida realizzare un laser sintonizzabile o policromatico, " ha detto Alexander Kildishev, professore associato di ingegneria elettrica e informatica alla Purdue University. "Inoltre, è una grande sfida fare in modo che una serie di nanolaser produca diversi colori contemporaneamente su un chip".

Ciò richiede il ridimensionamento della "cavità ottica, " che è un componente importante dei laser. Per la prima volta, ricercatori di Purdue, La Stanford University e l'Università del Maryland hanno incorporato le cosiddette "metasuperfici d'argento - materiali artificiali più sottili delle onde luminose - in nanocavità, rendendo i laser ultrasottili.

"Le cavità ottiche intrappolano la luce in un laser tra due specchi. Mentre i fotoni rimbalzano tra gli specchi, la quantità di luce aumenta per rendere possibili i raggi laser, " ha detto Kildishev. "Le nostre nanocavità renderebbero i laser su un chip ultrasottili e multicolori".

Attualmente, è richiesto uno spessore diverso di una cavità ottica per ogni colore. Incorporando una metasuperficie d'argento nella nanocavità, i ricercatori hanno ottenuto uno spessore uniforme per produrre tutti i colori desiderati. I loro risultati appaiono in Comunicazioni sulla natura .

"Invece di regolare lo spessore della cavità ottica per ogni singolo colore, regoliamo le larghezze degli elementi di metasuperficie, " ha detto Kildisev.

Le metasuperfici ottiche potrebbero anche sostituire o integrare le lenti tradizionali nei dispositivi elettronici.

"Ciò che definisce lo spessore di qualsiasi telefono cellulare è in realtà una pila di lenti complessa e piuttosto spessa, " ha detto Kildishev. "Se possiamo usare solo una sottile metasuperficie ottica per focalizzare la luce e produrre immagini, allora non avremmo bisogno di queste lenti, o potremmo usare una pila più sottile."