Nell'elettronica, la corsa per i più piccoli è enorme. I fisici dell'Università di Cincinnati stanno lavorando per sfruttare la potenza dei nanofili, fili microscopici che hanno il potenziale per migliorare le celle solari o rivoluzionare le fibre ottiche.

La nanotecnologia ha il potenziale per risolvere il collo di bottiglia che si verifica nell'archiviazione o nel recupero dei dati digitali o potrebbe archiviare i dati in un modo completamente nuovo. I professori della UC e i loro studenti laureati hanno presentato la loro ricerca alla conferenza del 13 marzo dell'American Physical Society a New Orleans , Louisiana.

Hans Peter Wagner, professore associato di fisica, e il dottorando Fatemesadat Mohammadi stanno cercando modi per trasmettere dati con la velocità della fibra ottica ma su una scala significativamente più piccola.

Wagner e l'autore principale Mohammadi stanno studiando questo campo, chiamato plasmonica, con ricercatori di altre tre università. Per il nuovo esperimento, hanno costruito semiconduttori a nanofili con materiale organico, ha sparato impulsi laser al campione e misurato il modo in cui la luce ha viaggiato attraverso il metallo; tecnicamente, le eccitazioni delle onde plasmoniche.

"Così, se riusciamo a comprendere meglio l'accoppiamento tra le eccitazioni nei nanofili semiconduttori e nei film metallici, potrebbe aprire molte nuove prospettive, " disse Wagner.

Il successo dello sfruttamento di questo fenomeno, chiamato guida d'onda plasmonica, potrebbe consentire ai ricercatori di trasmettere dati con la luce a livello nanometrico.

Le università di tutto il mondo stanno studiando i nanofili, che hanno applicazioni onnipresenti, dai sensori biomedici ai diodi emettitori di luce o ai LED. Quattro documenti UC sull'argomento sono tra gli oltre 150 di ricercatori di nanofili di tutto il mondo che saranno presentati alla conferenza di marzo.

"Stai cercando di ottimizzare la struttura fisica su qualcosa che si avvicina alla scala atomica. Puoi realizzare dispositivi ad altissima efficienza come laser, " ha detto Leigh Smith, capo del Dipartimento di Fisica della UC.?Smith e il professore di fisica della UC Howard Jackson hanno anche presentato documenti sui nanofili alla conferenza.?Praticamente tutti beneficiano di questa linea di ricerca, anche se la meccanica quantistica alla base degli ultimi biosensori supera una comprensione casuale. Per esempio, i test di gravidanza a casa usano nanoparticelle d'oro - l'indicatore che cambia colore. "Le persone usano sempre tecnologie che non capiscono, " ha detto Smith. "Arthur C. Clarke ha detto, 'Qualsiasi tecnologia sufficientemente avanzata è indistinguibile dalla magia.'"

Gordon Moore, cofondatore di Intel Corp., osservato che il numero di transistor utilizzati in un microchip è circa raddoppiato ogni due anni dagli anni '70. Questo fenomeno, ora chiamata legge di Moore suggerisce che la potenza di elaborazione del computer migliora a un ritmo prevedibile.

Alcuni scienziati informatici predissero che la fine della Legge di Moore sarebbe stata inevitabile con l'avvento dei microprocessori. Ma la nanotecnologia sta estendendo la durata di vita di quel concetto, ha detto Brian Markwalter, vicepresidente senior della ricerca e della tecnologia per la Consumer Technology Association. Il suo gruppo commerciale rappresenta 2, 200 membri nel settore tecnologico statunitense da 287 miliardi di dollari.

"Non è una corsa per essere piccoli solo per essere i più piccoli. C'è una progressione nell'essere in grado di fare di più su chip più piccoli. L'effetto per i consumatori è che ogni anno ottengono prodotti sempre migliori allo stesso prezzo o meno, " Egli ha detto.

La nanotecnologia sta aprendo un universo di nuove possibilità, ha detto Markwalter.

"È quasi magico. Migliorano, Più veloce, più economico e consuma meno energia, " Egli ha detto.

Markwalter ha affermato che la ricerca del professore Wagner dell'UC è entusiasmante perché mostra la promessa nell'uso di interruttori ottici per affrontare un collo di bottiglia nella trasmissione dei dati che si verifica ogni volta che si tenta di archiviare o rimuovere i dati.

"È davvero un'area rivoluzionaria quella di unire il mondo dei semiconduttori e il mondo ottico, " Markwalter ha detto. "[Wagner's] lavora all'intersezione tra fibra ottica e fotonica".

Ma anche la nanotecnologia ha i suoi limiti, ha detto Smith.

"Stiamo correndo verso i limiti di ciò che è fisicamente possibile con le tecnologie attuali, " Smith ha detto. "Le sfide sono piuttosto immense. Tra 10 o 20 anni ci deve essere un cambio di paradigma fondamentale nel modo in cui realizziamo le strutture. Se non lo facciamo, verremo catturati nello stesso posto in cui siamo ora".

Come funziona un esperimento UC:

Lo studente laureato UC Fatemesadat Mohammadi e il Professore Associato di Fisica Hans-Peter Wagner sparano impulsi laser a nanofili semiconduttori per eccitare elettroni (chiamati eccitoni) che potenzialmente fungono da pompa di energia per guidare le onde plasmoniche su una pellicola metallica rivestita di pochi nanometri senza perdere potenza , una proprietà fisica irritante chiamata resistività

Misurano la luminescenza risultante del nanofilo per osservare come la luce si accoppia alla pellicola metallica. Inviando luce su una pellicola metallica, un processo chiamato guida d'onda plasmonica, i ricercatori un giorno potrebbero trasmettere dati con la luce a livello nanometrico.

"La luminescenza è il nostro interesse. Quindi li rivestiamo e vediamo:come cambia la caratteristica della fotoluminescenza?" ha detto Maometto.

Per realizzare il semiconduttore, usano una tecnica chiamata deposizione di fasci molecolari organici ad alto vuoto (nella foto sopra) per diffondere strati organici e metallici su nanotubi di nitruro di gallio.

L'uso del film organico è unico per l'esperimento UC, ha detto Wagner. Il film funziona come un distanziatore per controllare il flusso di energia tra gli eccitoni nel nanofilo e l'oscillazione degli elettroni metallici chiamati plasmoni.

Il materiale organico ha l'ulteriore vantaggio di contenere anche eccitoni che, organizzato correttamente, potrebbe supportare il flusso di energia in un semiconduttore, Egli ha detto.

Rivestire le nanobarre con oro riduce significativamente la durata dell'emissione di eccitoni, determinando quella che viene chiamata fotoluminescenza spenta. Ma utilizzando distanziatori organici tra il nanorod e il film d'oro, i ricercatori sono in grado di estendere la durata dell'emissione a quasi l'equivalente di nanobarre senza rivestimento.

Una volta preparato il campione rivestito d'oro, lo portano in una stanza del laboratorio adiacente e lo sottopongono a impulsi di luce laser.

Mohammadi ha detto che ci sono voluti giorni di lavoro scrupoloso per sistemare la piccola città di specchi e divisori di raggi imbullonati ad angoli precisi a un banco di lavoro per l'esperimento (nella foto in alto a sinistra).

Le reazioni nel nanofilo richiedono solo 10 picosecondi (che è un trilionesimo di secondo). E gli impulsi laser sono ancora più veloci:20 femtosecondi (una cifra che ha 15 zeri che la seguono o un quadrilionesimo di secondo).

Il progetto UC ha utilizzato un rivestimento in oro in modo che gli esperimenti potessero essere replicati in un secondo momento senza rischio di ossidazione. Ma i rivestimenti tradizionali come l'argento, Mohammad ha detto, mantieni ancora più promesse.