"C'è una forte spinta a realizzare dispositivi sempre più piccoli, " Hui Cao dice a PhysOrg.com. "Tuttavia, ci sono limitazioni a ciò che possiamo fare. Vogliamo dispositivi più veloci di quelli che possiamo ottenere dall'elettronica, quindi stiamo cercando di fotonica. Sfortunatamente, fotonica, pur avendo il potenziale per essere molto più veloce, sono di dimensioni maggiori. I dispositivi che utilizzano gli elettroni sono più piccoli, su scala nanometrica, mentre i dispositivi fotonici sono ancora sulla microscala definita dalla lunghezza d'onda della luce."

Cao è uno scienziato alla Yale University, e spiega che il problema più grande con la creazione di dispositivi fotonici su scala nanometrica per sostituire i dispositivi elettronici, come nelle interconnessioni ottiche, è che la luce non rimarrà confinata su scala nanometrica. "I fotoni fuoriescono rapidamente, quindi deve esserci un modo per tenerli in posizione in modo che ci sia abbastanza tempo per svolgere le loro funzioni. È inoltre necessario realizzare piccole sorgenti luminose, come nanolaser su chip, " lei dice.

Nel tentativo di avvicinare i dispositivi nanofotonici alla realizzazione, Cao e Q.H. Canzone, anche a Yale, ha elaborato un modo per confinare la luce nelle nanostrutture. Il loro lavoro è descritto in Physical Review Letters:"Improving Optical Confinement in Nanostructures through External Mode Coupling".

"Considera due modalità, entrambi sono piuttosto permeabili, " Cao spiega. "C'è una modalità A e una modalità B. Queste due modalità possono essere accoppiate in modo che la modalità A dia parte della sua perdita alla modalità B. La modalità A perde meno, mentre la modalità B diventa più leaky. Di conseguenza, hai aumentato in modo efficiente la durata della modalità A."

L'aumento della durata di una delle modalità di questo accoppiamento fornisce proprio ciò che è necessario per creare una situazione in cui la luce è confinata. "Non perde più tanto per la luce in modalità A, e c'è più tempo per svolgere le funzioni, " Dice Cao. Fa notare anche che questo tipo di accoppiamento esterno ha avuto successo in altri campi. "E' un po' fondamentale, e una volta che hai la capacità di mantenere la luce in una nanostruttura, diventa possibile contemplare dispositivi fotonici più piccoli con capacità di velocità oltre i nostri attuali dispositivi elettronici."

Finora, Cao e Song hanno presentato le loro idee solo sotto forma di simulazioni numeriche. "Non abbiamo ancora risultati sperimentali, ma i nostri ampi calcoli numerici indicano che ciò dovrebbe essere possibile, e un concetto simile è stato utilizzato in altri campi, come l'intrappolamento della risonanza nella fisica atomica e molecolare. Però, questo approccio non è ancora stato utilizzato nella nanofotonica".

Cao pensa che i principali ostacoli agli esperimenti con questa idea includano il controllo fine sulle nanostrutture, così come l'accesso alle strutture adeguate. "C'è una sfida nel controllo fine delle nanostrutture, ma la tecnologia esiste per superare questo problema, " Cao dice. "Principalmente stiamo cercando l'accesso ai tipi di strutture che possono fabbricare il tipo di struttura che proponiamo. Penso che questo tipo di struttura possa essere realizzata utilizzando la tecnologia di nanofabbricazione, con il giusto assetto".

Finché è possibile eseguire un esperimento per eseguire il backup delle simulazioni numeriche eseguite da Cao e Song, c'è una possibilità che questa tecnica possa aiutare a far progredire l'uso di dispositivi nanofotonici. "È una specie di romanzo, il modo in cui usiamo la fisica fondamentale per risolvere questo problema, " dice Cao. "È anche realistico, e qualcosa che potrebbe essere utilizzato praticamente nel progresso della nanotecnologia."

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