Un gruppo di ricerca della National University of Singapore ha recentemente inventato un nuovo "convertitore" in grado di sfruttare la velocità e le dimensioni ridotte dei plasmoni per l'elaborazione e la trasmissione di dati ad alta frequenza nella nanoelettronica.

Progresso nella nanoelettronica, che è l'uso della nanotecnologia nei componenti elettronici, è stato alimentato dalla necessità sempre crescente di ridurre le dimensioni dei dispositivi elettronici nel tentativo di produrre più piccoli, gadget più veloci e intelligenti come computer, dispositivi di archiviazione di memoria, display e strumenti di diagnostica medica.

Mentre i dispositivi elettronici più avanzati sono alimentati dalla fotonica, che prevede l'uso di fotoni per trasmettere informazioni, gli elementi fotonici sono generalmente di grandi dimensioni e questo limita notevolmente il loro utilizzo in molti sistemi nanoelettronici avanzati.

plasmoni, che sono onde di elettroni che si muovono lungo la superficie di un metallo dopo che è stato colpito da fotoni, è molto promettente per le tecnologie dirompenti nella nanoelettronica. Sono paragonabili ai fotoni in termini di velocità (viaggiano anche alla velocità della luce), e sono molto più piccoli. Questa proprietà unica dei plasmoni li rende ideali per l'integrazione con la nanoelettronica. Però, i tentativi precedenti di sfruttare i plasmoni come vettori di informazioni ebbero scarso successo.

Affrontare questo gap tecnologico, un gruppo di ricerca della National University of Singapore (NUS) ha recentemente inventato un nuovo "convertitore" in grado di sfruttare la velocità e le dimensioni ridotte dei plasmoni per l'elaborazione e la trasmissione di dati ad alta frequenza nella nanoelettronica.

"Questo innovativo trasduttore può convertire direttamente i segnali elettrici in segnali plasmonici, e viceversa, in un unico passaggio. Collegando la plasmonica e l'elettronica su nanoscala, possiamo potenzialmente far funzionare i chip più velocemente e ridurre le perdite di potenza. Il nostro trasduttore plasmonico-elettronico è di circa 10, 000 volte più piccolo degli elementi ottici. Riteniamo che possa essere facilmente integrato nelle tecnologie esistenti e che possa essere potenzialmente utilizzato in un'ampia gamma di applicazioni in futuro, " ha spiegato il Professore Associato Christian Nijhuis del Dipartimento di Chimica della Facoltà di Scienze della NUS, chi è il capo del gruppo di ricerca dietro questa svolta.

Questa nuova scoperta è stata riportata per la prima volta sulla rivista Fotonica della natura il 29 settembre 2017.

Dall'elettricità ai plasmoni in un solo passaggio

Nella maggior parte delle tecniche in plasmonica, i plasmoni vengono eccitati in due fasi:gli elettroni vengono utilizzati per generare luce, che a sua volta viene utilizzato per eccitare i plasmoni. Per convertire i segnali elettrici in segnali plasmonici, e viceversa, in un unico passaggio, il team NUS ha impiegato un processo chiamato tunnelling, in cui gli elettroni viaggiano da un elettrodo all'altro, e così facendo, eccitare i plasmoni.

"Il processo in due fasi richiede tempo ed è inefficiente. La nostra tecnologia si distingue in quanto forniamo una soluzione completa per la conversione dei segnali elettrici in segnali plasmonici. Ciò può essere ottenuto senza una fonte di luce, che richiede più passaggi e grandi elementi ottici, complicare l'integrazione con la nanoelettronica. Sulla base dei nostri esperimenti di laboratorio, la conversione da elettrone a plasmone ha un'efficienza superiore al 10%, più di 1, 000 volte superiore a quanto riportato in precedenza, " ha aggiunto Assoc Prof Nijhuis, che proviene anche dal NUS Center for Advanced 2-D Materials e dal NUS Nanoscience and Nanotechnology Institute.

Questo lavoro innovativo è stato condotto in collaborazione con il dottor Chu Hong Son dell'Institute of High Performance Computing sotto l'Agenzia per la Scienza, Tecnologia e ricerca.

I ricercatori hanno in programma di condurre ulteriori studi per ridurre le dimensioni del dispositivo in modo che possa funzionare a frequenze molto più elevate. Il team sta anche lavorando all'integrazione dei trasduttori con guide d'onda plasmoniche più efficienti per prestazioni migliori.