I ricercatori del Nanophotonic Technology Center (NTC) dell'Università Politecnica di Valencia (UPV) hanno progettato nuove nanoantenne in silicio con applicazioni dirette nella comunicazione e nell'elaborazione dei dati per la prossima generazione di chip fotonici riconfigurabili. Questo tipo di configurazione apre le porte allo sviluppo di nuovi nanobiosensori in miniatura e alla progettazione di futuri sistemi e reti basati sull'ottica quantistica. Il lavoro dei ricercatori UPV è stato pubblicato nel Fotonica ACS rivista.

I risultati della ricerca condotta dal team NTC-UPV combinano i vantaggi delle applicazioni wireless dielettriche ei vantaggi della plasmonica. Questo apre la strada a una nuova generazione di reti ibride ultra integrate, che è il contributo principale della ricerca.

"Abbiamo dimostrato sperimentalmente la prima connessione wireless dielettrica-plasmonica grazie a un nuovo tipo di nanoantenna dielettrica che supera i limiti della plasmonica, aprendo le porte a nuove configurazioni ibride. I risultati che abbiamo ottenuto hanno un'implicazione diretta nella progettazione di reti di comunicazione riconfigurabili all'interno del chip, nello sviluppo di dispositivi ottici ultraveloci, e nella realizzazione pratica di biosensori ultracompatti. Grazie alle strutture plasmoniche, questo apre anche le porte alla creazione di interfacce con i futuri sistemi quantistici, "dice Javier Martí, capo del Centro Tecnologico Nanofotonico dell'UPV.

Più efficiente

Sergio Leccago, ricercatore presso l'NTC e coautore dello studio, spiega che i dispositivi plasmonici hanno permesso lo sviluppo di importanti applicazioni in campi come la spettroscopia, microscopia ottica a campo vicino e di rilevamento, grazie alla loro capacità unica di manipolare la luce a livello nano.

All'interno delle comunicazioni integrate nel chip, plasmonica consentono lo sviluppo di dispositivi ultracompatti e convenienti (modulatori, rivelatori o sorgenti) che possono funzionare a velocità di funzionamento molto elevate con bassi consumi energetici. "Il modo naturale di interconnettere questi dispositivi nel chip ottico è utilizzare nanoguide metalliche. Tuttavia, guidare la luce attraverso questi dispositivi porta a perdite di propagazione molto elevate e comporta alcune restrizioni in merito alla riconfigurabilità, " spiega Carlos García Meca, dall'NTC e collega co-autore dello studio.

"L'uso di nanoantenne plasmoniche è stato proposto per sostituire e migliorare le prestazioni delle interconnessioni metalliche guidate, ma queste antenne hanno bassa direttività ed elevate perdite che ne ostacolano l'uso in molte applicazioni pratiche. In questo lavoro, abbiamo superato tutte queste limitazioni introducendo un nuovo design di nanoantenna dielettrica che funge da interfaccia efficiente per i sistemi plasmonici. Questo permette di combinare i benefici della plasmonica con quelli della fotonica del silicio, che può portare a una maggiore efficienza, chip veloci e riconfigurabili, "aggiunge Garcia Meca.

Questa nuova svolta sviluppata nei laboratori del Centro di Tecnologia Nanofotonica dell'UPV potrebbe essere applicata anche a settori come le industrie biochimiche o agroalimentari, grazie al ruolo che questi sistemi ibridi possono svolgere come sensori dalle molteplici finalità, permettendo l'interazione della luce con strutture organiche e inorganiche nanoscopiche.