La trasmissione dei dati in fibra ottica può essere notevolmente migliorata producendo le fibre, in vetro di silice, ad alta pressione, ricercatori dal Giappone e dagli Stati Uniti riportano sulla rivista npj Materiali di calcolo .

Utilizzando simulazioni al computer, ricercatori dell'Università di Hokkaido, La Pennsylvania State University e i loro collaboratori del settore mostrano teoricamente che la perdita di segnale dalle fibre di vetro di silice può essere ridotta di oltre il 50 percento, che potrebbe estendere notevolmente la distanza i dati possono essere trasmessi senza la necessità di amplificazione.

"Miglioramenti nel vetro di silice, il materiale più importante per la comunicazione ottica, si sono bloccati negli ultimi anni a causa della mancanza di comprensione del materiale a livello atomico, " afferma la professoressa associata Madoka Ono del Research Institute of Electronic Science (RIES) dell'Università di Hokkaido. "I nostri risultati possono ora aiutare a guidare futuri esperimenti fisici e processi di produzione, anche se tecnicamente sarà difficile".

Le fibre ottiche hanno rivoluzionato la banda larga, comunicazione a lunga distanza in tutto il mondo. I cavi che trasportano tutte queste informazioni sono costituiti principalmente da sottili fili di vetro di silice, leggermente più spessa di un capello umano. Il materiale è resistente, flessibile e molto bravo a trasmettere informazioni, sotto forma di luce, a basso costo. Ma il segnale dati si esaurisce prima di raggiungere la sua destinazione finale a causa della dispersione della luce. Amplificatori e altri strumenti vengono utilizzati per contenere e trasmettere le informazioni prima che si diffondano, assicurando che sia consegnato con successo. Gli scienziati stanno cercando di ridurre la dispersione della luce, chiamato dispersione di Rayleigh, per accelerare la trasmissione dei dati e avvicinarsi alla comunicazione quantistica.

Ono e i suoi collaboratori hanno utilizzato più metodi computazionali per prevedere cosa succede alla struttura atomica del vetro di silice ad alta temperatura e alta pressione. Hanno trovato grandi vuoti tra gli atomi di silice che si formano quando il vetro viene riscaldato e poi raffreddato, che si chiama tempra, a bassa pressione. Ma quando questo processo avviene sotto i 4 gigapascal (GPa), la maggior parte dei grandi vuoti scompare e il vetro assume una struttura reticolare molto più uniforme.

Nello specifico, i modelli mostrano che il vetro subisce una trasformazione fisica, e gli anelli di atomi più piccoli vengono eliminati o "potati" consentendo agli anelli più grandi di unirsi più strettamente. Questo aiuta a ridurre il numero di grandi vuoti e la dimensione media dei vuoti, che causano dispersione della luce, e ridurre la perdita di segnale di oltre il 50 percento.

I ricercatori sospettano che si possano ottenere miglioramenti ancora maggiori utilizzando una velocità di raffreddamento più lenta a una pressione più elevata. Il processo potrebbe essere esplorato anche per altri tipi di vetro inorganico con strutture simili. Però, in realtà produrre fibre di vetro a pressioni così elevate su scala industriale è molto difficile.

"Ora che conosciamo la pressione ideale, speriamo che questa ricerca aiuti a stimolare lo sviluppo di dispositivi di produzione ad alta pressione in grado di produrre questo vetro di silice ultra trasparente, " dice Ono.