Gli scienziati sanno da tempo che i materiali sintetici, chiamati metamateriali, possono manipolare le onde elettromagnetiche come la luce visibile per farle comportare in modi che non possono essere trovati in natura. Ciò ha portato a innovazioni come l'imaging ad altissima risoluzione. Ora, UMass Lowell fa parte di un team di ricerca che sta portando la tecnologia di manipolazione della luce in una nuova direzione.

Il team, che include collaboratori di UMass Lowell, King's College di Londra, L'Università Paris Diderot e l'Università di Hartford hanno creato una nuova classe di metamateriali che possono essere "sintonizzati" per cambiare il colore della luce. Questa tecnologia potrebbe un giorno consentire la comunicazione ottica su chip nei processori dei computer, portando a minori, Più veloce, chip per computer più economici e più efficienti dal punto di vista energetico con una larghezza di banda più ampia e una migliore memorizzazione dei dati, tra gli altri miglioramenti. La comunicazione ottica su chip può anche creare reti di telecomunicazione in fibra ottica più efficienti.

"I chip dei computer di oggi utilizzano gli elettroni per l'elaborazione. Gli elettroni sono buoni perché sono piccoli, " ha affermato il Prof. Viktor Podolskiy del Dipartimento di Fisica e Fisica Applicata, che è il principale investigatore del progetto presso UMass Lowell. "Però, la frequenza degli elettroni non è abbastanza veloce. La luce è una combinazione di minuscole particelle, chiamati fotoni, che non hanno massa. Di conseguenza, i fotoni potrebbero potenzialmente aumentare la velocità di elaborazione del chip".

Convertendo i segnali elettrici in impulsi di luce, la comunicazione su chip sostituirà i fili di rame obsoleti che si trovano sui tradizionali chip di silicio, Podolskij ha spiegato. Ciò consentirà la comunicazione ottica da chip a chip e, in definitiva, comunicazione core-to-core sullo stesso chip.

"Il risultato finale sarebbe la rimozione del collo di bottiglia della comunicazione, rendere il calcolo parallelo molto più veloce, " Egli ha detto, aggiungendo che l'energia dei fotoni determina il colore della luce. "La stragrande maggioranza degli oggetti di uso quotidiano, compresi gli specchi, lenti e fibre ottiche, può guidare o assorbire questi fotoni. Però, alcuni materiali possono combinare più fotoni insieme, risultando in un nuovo fotone di maggiore energia e di colore diverso."

Podolskiy afferma che consentire l'interazione dei fotoni è la chiave per l'elaborazione delle informazioni e il calcolo ottico. "Sfortunatamente, questo processo non lineare è estremamente inefficiente e i materiali adatti per promuovere l'interazione dei fotoni sono molto rari".

Podolskiy e il team di ricerca hanno scoperto che diversi materiali con scarse caratteristiche non lineari possono essere combinati insieme, risultando in un nuovo metamateriale che esibisce le proprietà non lineari all'avanguardia desiderate.

"Il miglioramento deriva dal modo in cui il metamateriale rimodella il flusso dei fotoni, " ha detto. "Il lavoro apre una nuova direzione nel controllo della risposta non lineare dei materiali e potrebbe trovare applicazioni nei circuiti ottici su chip, migliorando drasticamente le comunicazioni su chip."