I computer di oggi sono più veloci e più piccoli che mai. L'ultima generazione di transistor avrà caratteristiche strutturali con dimensioni di soli 10 nanometri. Se i computer devono diventare ancora più veloci e allo stesso tempo più efficienti dal punto di vista energetico su queste scale minuscole, probabilmente avranno bisogno di elaborare le informazioni usando particelle di luce invece di elettroni. Questo è indicato come "calcolo ottico".

Le reti in fibra ottica utilizzano già la luce per trasportare dati su lunghe distanze ad alta velocità e con perdite minime. I diametri dei cavi più sottili, però, sono nell'intervallo dei micrometri, poiché le onde luminose, con una lunghezza d'onda di circa un micrometro, devono essere in grado di oscillare senza ostacoli. Per elaborare i dati su un micro o addirittura nanochip, è quindi necessario un sistema completamente nuovo.

Una possibilità sarebbe quella di condurre segnali luminosi tramite le cosiddette oscillazioni plasmoniche. Ciò comporta una particella leggera (fotone) che eccita la nuvola di elettroni di una nanoparticella d'oro in modo che inizi a oscillare. Queste onde poi viaggiano lungo una catena di nanoparticelle a circa il 10% della velocità della luce. Questo approccio raggiunge due obiettivi:dimensioni su scala nanometrica ed enorme velocità. Cosa rimane, però, è il consumo di energia. In una catena composta esclusivamente d'oro, questo sarebbe quasi alto come nei transistor convenzionali, a causa del notevole sviluppo di calore nelle particelle d'oro.

Una piccola macchia d'argento

Tim Liedl, Professore di Fisica presso LMU e PI presso il cluster di eccellenza Nanosistemi Initiative Munich (NIM), insieme ai colleghi della Ohio University, ha ora pubblicato un articolo sulla rivista Fisica della natura , che descrive come le nanoparticelle d'argento possono ridurre significativamente il consumo di energia. I fisici hanno costruito una sorta di pista di prova in miniatura con una lunghezza di circa 100 nanometri, composto da tre nanoparticelle:una nanoparticella d'oro a ciascuna estremità, con una nanoparticella d'argento proprio nel mezzo.

L'argento funge da intermediario tra le particelle d'oro pur non dissipando energia. Per far oscillare il plasmone della particella d'argento, è necessaria più energia di eccitazione che per l'oro. Perciò, l'energia scorre semplicemente "attorno" alla particella d'argento. "Il trasporto è mediato dall'accoppiamento dei campi elettromagnetici attorno ai cosiddetti punti caldi che si creano tra ciascuna delle due particelle d'oro e la particella d'argento, " spiega Tim Liedl. "Questo consente di trasportare l'energia quasi senza perdite, e su una scala temporale di femtosecondi."

Modello quantistico da manuale

Il presupposto decisivo per gli esperimenti era il fatto che Tim Liedl ei suoi colleghi sono esperti nel posizionamento squisitamente esatto delle nanostrutture. Questo viene fatto con il metodo dell'origami del DNA, che consente di posizionare diverse nanoparticelle cristalline a nanodistanze precise l'una dall'altra. Esperimenti simili erano stati precedentemente condotti utilizzando tecniche di litografia convenzionale. Però, questi non forniscono la precisione spaziale richiesta, in particolare quando sono coinvolti diversi tipi di metalli.

In parallelo, i fisici hanno simulato la configurazione sperimentale al computer e hanno confermato i risultati. Oltre alle classiche simulazioni elettrodinamiche, Aleksandr Govorov, Professore di Fisica all'Università dell'Ohio, Atene, STATI UNITI D'AMERICA, è stato in grado di stabilire un semplice modello quantomeccanico:"In questo modello, le immagini classica e quanto-meccanica combaciano molto bene, che lo rende un potenziale esempio per i libri di testo."