I ricercatori del MIT hanno proposto un nuovo sistema che combina materiali ferroelettrici, del tipo spesso utilizzato per l'archiviazione dei dati, con grafene, una forma bidimensionale di carbonio nota per le sue eccezionali proprietà elettroniche e meccaniche. La tecnologia ibrida risultante potrebbe alla fine portare a computer e chip di archiviazione dati che racchiudono più componenti in una determinata area e sono più veloci e meno affamati di energia.

Il nuovo sistema funziona controllando le onde chiamate plasmoni di superficie. Queste onde sono oscillazioni di elettroni confinati alle interfacce tra i materiali; nel nuovo sistema le onde operano a frequenze terahertz. Tali frequenze si trovano tra quelle della luce nel lontano infrarosso e le trasmissioni radio a microonde, e sono considerati ideali per i dispositivi informatici di nuova generazione.

I risultati sono stati riportati in un documento in Lettere di fisica applicata dal professore associato di ingegneria meccanica Nicholas Fang, postdoc Dafei Jin e altri tre.

Il sistema fornirebbe un nuovo modo per costruire dispositivi interconnessi che utilizzano onde luminose, come cavi in ​​fibra ottica e chip fotonici, con cavi e dispositivi elettronici. Attualmente, tali punti di interconnessione spesso formano un collo di bottiglia che rallenta il trasferimento dei dati e aumenta il numero di componenti necessari.

Il nuovo sistema del team consente di concentrare le onde su scale di lunghezza molto più piccole, che potrebbe portare a un aumento di dieci volte nella densità dei componenti che potrebbero essere posizionati in una determinata area di un chip, dice Fang.

Il dispositivo di prova del concetto iniziale del team utilizza un piccolo pezzo di grafene inserito tra due strati di materiale ferroelettrico per rendere semplice, guide d'onda plasmoniche commutabili. Questo lavoro ha utilizzato niobato di litio, ma molti altri materiali simili potrebbero essere usati, dicono i ricercatori.

La luce può essere confinata in queste guide d'onda fino a una parte in poche centinaia della lunghezza d'onda dello spazio libero, Jin dice, che rappresenta un miglioramento dell'ordine di grandezza rispetto a qualsiasi sistema di guida d'onda comparabile. "Questo apre aree entusiasmanti per la trasmissione e l'elaborazione di segnali ottici, " lui dice.

Inoltre, il lavoro potrebbe fornire un nuovo modo di leggere e scrivere dati elettronici in dispositivi di memoria ferroelettrici ad altissima velocità, dicono i ricercatori del MIT.

Dimitri Basov, un professore di fisica all'Università della California a San Diego che non era collegato a questa ricerca, dice il team del MIT "ha proposto una struttura plasmonica molto interessante, adatto per il funzionamento nella gamma tecnologicamente significativa [terahertz]. … Sono fiducioso che molti gruppi di ricerca cercheranno di implementare questi dispositivi."

Basov avverte, però, "La questione chiave, come in tutta la plasmonica, sono perdite. Le perdite devono essere esplorate e comprese a fondo".

Oltre a Fang e Jin, la ricerca è stata condotta dallo studente laureato Anshuman Kumar, l'ex postdoc Kin Hung Fung (ora alla Hong Kong Polytechnic University), e ricercatore Jun Xu. È stato sostenuto dalla National Science Foundation e dall'Air Force Office of Scientific Research.