Il segnale luminoso arriva attraverso una guida d'onda (a sinistra), nel foglio di grafene largo 2 micrometri, viene generata corrente elettrica.
Il nuovo materiale grafene e le sue applicazioni tecnologiche sono studiati presso l'Università di Tecnologia di Vienna. Ora gli scienziati sono riusciti a combinare i rilevatori di luce al grafene con i chip a semiconduttore.
Oggi, la maggior parte delle informazioni viene trasmessa dalla luce, ad esempio nelle fibre ottiche. Chip per computer, però, lavorare elettronicamente. Da qualche parte tra l'autostrada dei dati ottici e i chip elettronici, i fotoni devono essere convertiti in elettroni utilizzando rilevatori di luce. Gli scienziati della Vienna University of Technology sono ora riusciti a combinare un fotorilevatore al grafene con un chip di silicio standard. Può trasformare la luce di tutte le frequenze importanti utilizzate nelle telecomunicazioni in segnali elettrici. I risultati scientifici sono stati ora pubblicati sulla rivista Fotonica della natura .
Potenza di calcolo fatta di carbonio?
Sia il mondo accademico che l'industria ripongono grandi speranze nel grafene. Il materiale, che consiste in un singolo strato di atomi di carbonio disposti esagonali, ha proprietà straordinarie. Due anni fa, il team attorno a Thomas Müller (Istituto di fotonica, Vienna University of Technology) ha dimostrato che il grafene è ideale per trasformare la luce in corrente elettrica. "Ci sono molti materiali che possono trasformare la luce in segnali elettrici, ma il grafene consente una conversione particolarmente veloce", dice Thomas Müller. Quindi, ovunque debbano essere trasmesse grandi quantità di dati in un breve periodo di tempo, il grafene sarà probabilmente in futuro il materiale di scelta.
I ricercatori hanno dovuto fare molta strada dalla prova di base di ciò che il materiale può fare per usarlo effettivamente in un chip, ma ora ci sono riusciti. Il team viennese ha lavorato insieme a ricercatori dell'Università Johannes Kepler di Linz.
"Una stretta guida d'onda con un diametro di circa 200 x 500 nanometri trasporta il segnale ottico allo strato di grafene. Lì, la luce viene convertita in un segnale elettrico, che possono poi essere elaborati nel chip", Thomas Müller spiega.
Il grafene - un foglio bidimensionale fatto di atomi di carbonio - può convertire la luce in corrente elettrica.
Versatile e compatto
Ci sono già stati tentativi di integrare fotorivelatori realizzati con altri materiali (come il germanio) direttamente in un chip. Però, questi materiali possono elaborare solo la luce di un intervallo di lunghezze d'onda specifico. I ricercatori potrebbero dimostrare che il grafene può convertire ugualmente bene tutte le lunghezze d'onda utilizzate nelle telecomunicazioni.
Il fotorilevatore al grafene non è solo estremamente veloce, può anche essere costruito in modo particolarmente compatto. 20 000 rivelatori potrebbero essere inseriti in un singolo chip con una superficie di un centimetro quadrato. Teoricamente, il chip potrebbe essere fornito di dati tramite 20 000 diversi canali di informazione.
Più velocità, meno energia
"Queste tecnologie non sono importanti solo per la trasmissione di dati su grandi distanze. La trasmissione di dati ottica diventa sempre più importante anche per la comunicazione all'interno dei computer", dice Thomas Müller. Quando grandi cluster di computer funzionano con più core di processore contemporaneamente, molte informazioni devono essere trasferite tra i nuclei. Poiché il grafene consente di passare molto rapidamente tra segnali ottici ed elettrici, questi dati possono essere scambiati otticamente. Ciò accelera lo scambio di dati e richiede molta meno energia elettrica.
