Uno tsunami mantiene la sua forma d'onda su distanze molto lunghe attraverso l'oceano, mantenendo il suo potere e "informazione" lontano dalla sua fonte.

Nella scienza della comunicazione, conservare le informazioni in una fibra ottica che attraversa i continenti è vitale. Idealmente, ciò richiede la manipolazione della luce nei chip di silicio all'estremità di sorgente e ricezione della fibra senza alterare la forma d'onda del pacchetto fotonico di informazioni. In questo modo è sfuggito agli scienziati fino ad ora.

Una collaborazione tra il Nano Institute dell'Università di Sydney e la Singapore University of Technology and Design ha manipolato per la prima volta un'onda luminosa, o informazioni fotoniche, su un chip di silicio che mantiene la sua "forma" complessiva.

Tali onde, che si tratti di uno tsunami o di un pacchetto fotonico di informazioni, sono note come "solitoni". Il team di Sydney-Singapore ha osservato per la prima volta la dinamica del "solitone" su un dispositivo di nitruro ultra ricco di silicio (USRN) fabbricato a Singapore utilizzando strumenti di caratterizzazione ottica all'avanguardia a Sydney Nano.

Questo lavoro fondamentale, pubblicato oggi in Recensioni su laser e fotonica , è importante perché la maggior parte delle infrastrutture di comunicazione si basa ancora su dispositivi basati su silicio per la propagazione e la ricezione delle informazioni. La manipolazione dei solitoni su chip potrebbe potenzialmente consentire l'accelerazione dei dispositivi e delle infrastrutture di comunicazione fotonica.

Ezgi Sahin, un dottorato di ricerca studente della SUTD ha condotto gli esperimenti con il Dr. Andrea Blanco Redondo presso l'Università di Sydney.

"L'osservazione di complesse dinamiche solitoniche apre la strada a un'ampia gamma di applicazioni, oltre la compressione del polso, per l'elaborazione del segnale ottico su chip, " Ha detto la signora Sahin. "Sono felice di far parte di questa grande partnership tra le due istituzioni con una profonda collaborazione attraverso la teoria, fabbricazione e misurazione del dispositivo."

Coautore dello studio e direttore di Sydney Nano, Professor Ben Eggleton, ha dichiarato:"Questo rappresenta un importante passo avanti per il campo della fisica dei solitoni ed è di fondamentale importanza tecnologica.

"Solitoni di questa natura, i cosiddetti solitoni di Bragg, sono stati osservati per la prima volta circa 20 anni fa nelle fibre ottiche, ma non sono stati riportati su un chip perché il materiale di silicio standard su cui si basano i chip limita la propagazione. Questa dimostrazione, che si basa su una versione leggermente modificata del silicio che evita questi vincoli, apre il campo per un paradigma completamente nuovo per manipolare la luce su un chip".

Professoressa Alba Tan, un coautore del documento presso SUTD, ha dichiarato:"Siamo stati in grado di dimostrare in modo convincente la formazione e la fissione di solitoni di Bragg grazie all'esclusivo design del reticolo di Bragg e alla piattaforma di materiale di nitruro ultra ricco di silicio (USRN) che abbiamo utilizzato. Questa piattaforma previene la perdita di informazioni che ha compromesso le precedenti dimostrazioni".

I solitoni sono impulsi che si propagano senza cambiare forma e possono sopravvivere a collisioni e interazioni. Sono stati osservati per la prima volta in un canale scozzese 150 anni fa e sono familiari nel contesto delle onde dello tsunami, che si propagano per migliaia di chilometri senza mutare forma.

Le onde solitoniche ottiche sono state studiate dagli anni '80 nelle fibre ottiche e offrono enormi promesse per i sistemi di comunicazione ottica perché consentono l'invio di dati su lunghe distanze senza distorsioni. solitoni di Bragg, che derivano le loro proprietà dai reticoli di Bragg (strutture periodiche incise nel substrato di silicio), possono essere studiati alla scala della tecnologia dei chip in cui possono essere sfruttati per l'elaborazione avanzata del segnale.

Sono chiamati solitoni di Bragg dopo l'australiano Lawrence Bragg e suo padre William Henry Bragg, che per primo discusse il concetto di riflessione di Bragg nel 1913 e vinse il Premio Nobel per la Fisica. Sono l'unica coppia padre e figlio ad aver vinto premi Nobel.

I solitoni di Bragg sono stati osservati per la prima volta nel 1996 nei reticoli di Bragg nelle fibre ottiche. Ciò è stato dimostrato dal professor Eggleton mentre stava lavorando al suo dottorato di ricerca. ai Bell Labs.

La natura a base di silicio del dispositivo a reticolo di Bragg garantisce anche la compatibilità con l'elaborazione di semiconduttori di ossido di metallo complementare (CMOS). La capacità di avviare in modo affidabile la compressione e la fissione di solitoni consente di generare fenomeni ultraveloci con impulsi più lunghi di quanto richiesto in precedenza. La miniaturizzazione su scala di chip aumenta anche la velocità dei processi dei segnali ottici nelle applicazioni che richiedono compattezza.