Un nuovo modo per guidare in modo efficiente la luce su scale minuscole è stato dimostrato da un team tutto A*STAR. Il loro metodo, che comporta l'allineamento di nanoparticelle di silicio, è promettente per applicazioni come circuiti integrati basati sulla luce, biosensori e comunicazioni quantistiche.

Il trasporto della luce su piccola scala è fondamentale per molte applicazioni e viene comunemente eseguito utilizzando guide d'onda in silicio rettangolari, il circuito ottico equivalente ai fili nei circuiti elettronici. Per ridurre ulteriormente i dispositivi, nanoparticelle metalliche sono state esplorate come alternativa, ma mentre sono molto bravi a confinare la luce su piccole scale, tendono a perdere molta luce.

Ora, Reuben Bakker, Arseniy Kuznetsov e i loro colleghi dell'A*STAR Data Storage Institute hanno escogitato un metodo più efficiente che coinvolge una serie di nanoparticelle cilindriche di silicio. La prima nanoparticella viene eccitata usando la luce e poi un microscopio ottico a scansione in campo vicino misura la luce che raggiunge un'altra nanoparticella più in basso lungo la linea (vedi immagine). Quando hanno fatto questo, il team ha scoperto che la diminuzione dell'intensità della luce era bassa.

"Questa è la prima dimostrazione sperimentale che mostra che i risonatori accoppiati possono guidare in modo molto efficiente la luce a dimensioni fortemente inferiori alla lunghezza d'onda e su lunghezze di diverse centinaia di micrometri, " afferma Kuznetsov. "È il primo passo verso un approccio completamente nuovo alla fotonica del silicio".

Le nanoparticelle non sono in contatto diretto tra loro. Anziché, la luce viene trasferita alla particella successiva attraverso le risonanze del campo magnetico. "Ognuna di queste particelle è un diffusore risonante, quindi se prendi una particella questa disperderà la luce in tutte le direzioni, " spiega Kuznetsov. "Ma quando allineiamo tutte queste particelle, funzionano come una singola guida d'onda senza perdite di luce."

Un grande vantaggio dell'utilizzo delle nanoparticelle di silicio è che sono compatibili con i processi di fabbricazione attualmente utilizzati dall'industria dei semiconduttori. "Puoi usare gli stessi processi CMOS per fare fotonica al silicio, " dice Kuznetsov. "Basta cambiare la maschera e il layout e aggiungere altri componenti senza ulteriori complicazioni."

Pur avendo modellato il sistema e il suo comportamento come guida d'onda prima di eseguire le misurazioni, la squadra era ancora stupita di come funzionasse in pratica. "Siamo rimasti sorpresi che abbia funzionato così bene, " ricorda Bakker. "Abbiamo modificato un po' le geometrie, ma vederli esibirsi così bene dopo poche iterazioni è stato abbastanza inaspettato."

Il team ha già dimostrato lo stesso concetto alle lunghezze d'onda delle telecomunicazioni. Stanno ora lavorando allo sviluppo di vari componenti fotonici su chip basati sul concetto.