Una quasi-particella che viaggia lungo l'interfaccia di un materiale metallico e dielettrico può essere la soluzione ai problemi causati dal restringimento dei componenti elettronici, secondo un team internazionale di ingegneri.

"I chip microelettronici sono onnipresenti oggi, " disse Akhlesh Lakhtakia, Evan Pugh Professore dell'Università e Charles Godfrey Binder Professore di Ingegneria e Scienza della Meccanica, Penn State. "Tempo di ritardo per la propagazione del segnale nelle interconnessioni a filo metallico, perdite elettriche nei metalli che portano all'aumento della temperatura, e il cross-talk tra le interconnessioni vicine derivanti dalla miniaturizzazione e dalla densificazione limita la velocità di questi chip".

Questi componenti elettronici sono nei nostri smartphone, compresse, computer e sistemi di sicurezza e sono utilizzati nelle apparecchiature ospedaliere, installazioni di difesa e la nostra infrastruttura di trasporto.

I ricercatori hanno esplorato una varietà di modi per risolvere il problema del collegamento di vari componenti miniaturizzati in un mondo di circuiti sempre più piccoli. Mentre la fotonica, l'uso della luce per trasportare informazioni, è attraente per la sua velocità, questo approccio è problematico perché le guide d'onda per la luce sono più grandi degli attuali circuiti microelettronici, che rende difficili i collegamenti.

Un'onda SPP modulata a impulsi che si muove verso destra, guidato dall'interfaccia di un materiale dielettrico (sopra) e un metallo (sotto), incontra improvvisamente la sostituzione del materiale dielettrico con l'aria. La maggior parte dell'energia viene trasmessa all'interfaccia aria/metallo, ma parte viene riflessa all'interfaccia dielettrico/metallo. Il video dura 120 femtosecondi.

I ricercatori riferiscono in un recente numero di Rapporti scientifici che "Il segnale può percorrere lunghe distanze senza una significativa perdita di fedeltà, " e che "i segnali possono essere eventualmente trasferiti da onde SPP su diverse decine di micrometri (di aria) in chip microelettronici".

Notano anche che i calcoli indicano che le onde SPP possono trasferire informazioni intorno a un angolo concavo, una situazione, insieme a vuoti d'aria, che è comune nei microcircuiti.

Gli SPP sono un fenomeno di gruppo. Queste quasi-particelle viaggiano lungo l'interfaccia tra un metallo conduttore e un dielettrico, un materiale non conduttore che può supportare un campo elettromagnetico, e a livello macroscopico, apparire come un'onda.

Secondo Lakhtakia, Gli SPP sono ciò che conferisce all'oro la sua particolare lucentezza luccicante. Un effetto di superficie, in determinate condizioni gli elettroni nel metallo e le cariche polarizzate nel materiale dielettrico possono agire insieme e formare un'onda SPP. questa onda, guidato dall'interfaccia dei due materiali può continuare a propagarsi anche se il filo metallico ha una rottura o l'interfaccia dielettrica metallica termina bruscamente. L'onda SPP può viaggiare nell'aria per qualche decina di micrometri o l'equivalente di 600 transistor disposti uno contro l'altro in un chip con tecnologia a 14 nanometri.

Anche le onde SPP viaggiano solo in prossimità dell'interfaccia, quindi non producono diafonia.

Il problema con l'utilizzo delle onde SPP nella progettazione di circuiti è che mentre i ricercatori sanno sperimentalmente che esistono, le basi teoriche del fenomeno erano meno definite. Le equazioni di Maxwell che governano le onde SPP coprono un continuum di frequenze e sono complicate.

"Invece di risolvere le equazioni di Maxwell frequenza per frequenza, che è poco pratico e soggetto a debilitanti errori di calcolo, abbiamo scattato più istantanee dei campi elettromagnetici, " ha detto Lakhtakia.

Queste istantanee, legati insieme, diventare un film che mostra la propagazione dell'onda SPP modulata a impulsi.

"Stiamo studiando problemi difficili, " ha detto Lakhtakia. "Stiamo studiando problemi che erano irrisolvibili 10 anni fa. Componenti computazionali migliorati hanno cambiato il nostro modo di pensare a questi problemi, ma abbiamo ancora bisogno di più memoria."