I circuiti integrati fotonici che utilizzano la luce invece dell'elettricità per il calcolo e l'elaborazione del segnale promettono una maggiore velocità, maggiore larghezza di banda, e una maggiore efficienza energetica rispetto ai circuiti tradizionali che utilizzano l'elettricità.

Ma non sono ancora abbastanza piccoli per competere nell'informatica e in altre applicazioni in cui i circuiti elettrici continuano a regnare.

Gli ingegneri elettrici dell'Università di Rochester ritengono di aver compiuto un passo importante nell'affrontare il problema. Utilizzando un materiale ampiamente adottato dai ricercatori di fotonica, il team di Rochester ha creato il più piccolo modulatore elettro-ottico mai realizzato. Il modulatore è un componente chiave di un chip basato sulla fotonica, controllando come la luce si muove attraverso i suoi circuiti.

In Comunicazioni sulla natura , il laboratorio di Qiang Lin, professore di ingegneria elettrica e informatica, descrive l'utilizzo di un film sottile di niobato di litio (LN) legato su uno strato di biossido di silicio per creare non solo il più piccolo modulatore LN ancora, ma anche uno che funziona ad alta velocità ed è efficiente dal punto di vista energetico.

Questo "piazza una base cruciale per la realizzazione di circuiti integrati fotonici LN su larga scala che sono di immensa importanza per ampie applicazioni nella comunicazione dei dati, fotonica a microonde, e fotonica quantistica, " scrive l'autore principale Mingxiao Li, uno studente laureato nel laboratorio di Lin.

Un materiale da lavoro

Grazie alle sue eccezionali proprietà ottiche elettro-ottiche e non lineari, il niobato di litio è "diventato un sistema di materiale da lavoro per la ricerca e lo sviluppo della fotonica, " dice Lin. "Tuttavia gli attuali dispositivi fotonici LN, realizzati su una piattaforma di cristalli sfusi o a film sottile richiedono grandi dimensioni e sono difficili da ridimensionare, che limita l'efficienza di modulazione, consumo energetico, e il grado di integrazione del circuito. Una delle principali sfide consiste nel realizzare strutture fotoniche nanoscopiche di alta qualità con elevata precisione".

Il progetto del modulatore si basa sul precedente utilizzo del laboratorio di niobato di litio per creare una nanocavità fotonica, un altro componente chiave nei chip fotonici. Con una dimensione di solo circa un micron, la nanocavità può sintonizzare le lunghezze d'onda usando solo due o tre fotoni a temperatura ambiente - "la prima volta che sappiamo che anche due o tre fotoni sono stati manipolati in questo modo a temperatura ambiente, " dice Lin. Quel dispositivo è stato descritto in un articolo in ottica .

Il modulatore potrebbe essere utilizzato in combinazione con una nanocavità nella creazione di un chip fotonico su scala nanometrica.