Ogni secondo, il tuo computer deve elaborare miliardi di passaggi di calcolo per produrre anche gli output più semplici. Immagina se ognuno di questi passaggi potesse essere reso solo un pochino più efficiente. "Farebbe risparmiare preziosi nanosecondi, " ha spiegato Swastik Kar, assistente professore di fisica della Northeastern University.

Kar e il suo collega Yung Joon Jung, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale, hanno sviluppato una serie di nuovi dispositivi che fanno proprio questo. Il loro lavoro è stato pubblicato di recente sulla rivista Fotonica della natura .

L'anno scorso, il duo interdisciplinare ha unito le proprie competenze:Kar's nel grafene, un materiale a base di carbonio noto per la sua resistenza e conduttività, e Jung nella meccanica dei nanotubi di carbonio, che sono fogli arrotolati di grafene di dimensioni nanometriche, per portare alla luce un fenomeno fisico che potrebbe inaugurare una nuova ondata di elettronica altamente efficiente.

Hanno scoperto che le correnti elettriche indotte dalla luce aumentano molto più bruscamente all'intersezione di nanotubi di carbonio e silicio, rispetto all'intersezione di silicio e un metallo, come nei tradizionali dispositivi a fotodiodo. "Quel forte aumento ci aiuta a progettare dispositivi che possono essere accesi e spenti usando la luce, " ha detto Kar.

Questa scoperta ha importanti implicazioni per l'esecuzione di calcoli, quale, in parole povere, contare anche su una serie di interruttori on-off. Ma per accedere alle preziose informazioni che possono essere memorizzate su questi switch, deve anche essere trasferito ed elaborato da altri switch. "La gente crede che il miglior computer sarebbe quello in cui l'elaborazione viene eseguita utilizzando segnali elettrici e il trasferimento del segnale avviene tramite l'ottica, " ha detto Kar.

Questo non è troppo sorprendente poiché la luce è estremamente veloce. I dispositivi di Kar e Jung, che sono i primi a integrare proprietà elettroniche e ottiche su un singolo chip elettronico, rappresentano una svolta fondamentale nel rendere questo computer da sogno una realtà.

La modellazione computazionale di queste giunzioni è stata eseguita in stretta collaborazione con il gruppo di Young-Kyun Kwon, un professore alla Kyung Hee University, a Seul, Corea.

Nel nuovo giornale, il team presenta tre di questi nuovi dispositivi. Il primo è un cosiddetto AND-gate, che richiede sia un ingresso elettronico che ottico per generare un'uscita. Questo interruttore si attiva solo se entrambi gli elementi sono impegnati.

Il secondo dispositivo, un OR-gate, può generare un'uscita se uno dei due sensori ottici è impegnato. Questa stessa configurazione può essere utilizzata anche per convertire segnali digitali in analogici, un'importante capacità per azioni come trasformare il contenuto digitale di un file MP3 in musica vera e propria.

Finalmente, Kar e Jung hanno anche costruito un dispositivo che funziona come il front-end di un sensore della fotocamera. Si compone di 250, 000 dispositivi in ​​miniatura assemblati su una superficie centimetro per centimetro. Anche se questo dispositivo richiederebbe una maggiore integrazione per essere pienamente praticabile, ha permesso al team di testare la riproducibilità del loro processo di assemblaggio.

"Il metodo di Jung è una tecnica di prim'ordine, " ha detto Kar. "Ci ha davvero permesso di progettare molti dispositivi che sono molto più scalabili".

Mentre i computer elaborano miliardi di passaggi di calcolo ogni secondo, migliorare la loro capacità di eseguire questi passaggi, Kar ha detto, inizia con la "dimostrazione di migliorarne uno solo". Che è esattamente quello che hanno fatto.