Il controllo della luce su scala nanometrica potrebbe rivoluzionare le TIC
L’elettronica consiste nel manipolare gli elettroni in modo che svolgano compiti utili. La miniaturizzazione di questa tecnologia ha permesso ai computer di oggi di contenere miliardi di transistor elettronici, che svolgono numerose operazioni complesse. «La fotonica si basa su un’idea simile ma al posto degli elettroni siamo interessati ai fotoni, le particelle elementari della luce», spiega Sergey Kruk, ricercatore del progetto Nanophotonics, attualmente attivo presso l’Università nazionale australiana. «Se riuscissimo a controllarli, i fotoni potrebbero essere utili vettori di informazioni. Lo scambio di informazioni attraverso la luce anziché l’energia elettrica è molto più veloce e potenzialmente più efficiente dal punto di vista energetico.»
Miniaturizzazione della tecnologia fotonica
Il progetto è stato coordinato dall’Università di Paderborn in Germania e sostenuto dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie. Il progetto si è concentrato su come miniaturizzare una particolare tecnologia fotonica - un isolatore ottico – in modo simile a come è stata miniaturizzata l’elettronica nell’ultimo secolo. Grazie alla tecnologia dei semiconduttori, i sistemi elettronici possono ora includere non solo una manciata ma milioni e persino miliardi di transistor. Il progetto Nanophotonics voleva fare qualcosa di simile con la fotonica. Al posto di diodi e transistor, la fotonica utilizza questi isolatori ottici che svolgono funzioni sostanzialmente simili ai loro analoghi elettronici. «La tecnologia degli isolatori ottici si trova all’incirca allo stadio in cui si trovava quella dei diodi elettrici nella prima metà del XX secolo», aggiunge Kruk. «Sono disponibili in commercio ma in genere hanno dimensioni di alcuni centimetri e possono costare centinaia o addirittura migliaia di euro l’uno.» Attualmente non è quindi possibile inserire miliardi di questi isolatori ottici, ad esempio, in un singolo chip fotonico. Riuscire a costruire isolatori ottici su scala nanometrica potrebbe però rivoluzionare la fotonica e aprire il mercato delle tecnologie fotoniche dell’informazione e della comunicazione.
Sviluppare isolatori ottici su scala nanometrica
Kruk voleva dimostrare che ciò era possibile. Ha iniziato progettando isolatori ottici su scala nanometrica utilizzando simulazioni al computer. «Questi segnali possono essere considerati come cartelli stradali che dirigono il traffico», dice. «I nostri elementi su scala nanometrica assicurano che la luce fluisca in una particolare direzione, in modo simile a come la segnaletica stradale controlla il traffico su una strada trafficata.» Successivamente si è passati alla fabbricazione di questi minuscoli componenti in una camera bianca, l’ambiente in cui vengono costruiti i chip dei computer. I componenti sono stati poi testati in un laboratorio laser. «Abbiamo fatto brillare un fascio di luce laser all’interno di queste strutture, per vedere cosa sarebbe successo», spiega Kruk. Una dimostrazione interessante è stata quella di un vetrino traslucido strutturato su scala nanometrica. Quando la luce attraversa il vetrino, si vede un’immagine codificata, ma quando si capovolge il vetrino e si guarda di nuovo, si vede un’immagine completamente diversa. «Questa coppia di immagini è stata solo una dimostrazione di un numero di possibilità non ancora sfruttate», osserva Kruk.
Il futuro della fotonica
Il progetto Nanophotonics ha contribuito a dimostrare il potenziale della progettazione e della fabbricazione di isolatori ottici su scala nanometrica. Si tratta di un importante passo avanti verso la miniaturizzazione della tecnologia fotonica. «La fotonica ha già iniziato a sostituire l’elettronica su larga scala», aggiunge Kruk. «In questo momento, ad esempio, vi sto parlando dall’Australia attraverso una fibra ottica che corre sotto l’oceano. La maggior parte delle comunicazioni a lungo raggio avviene quasi esclusivamente tramite onde elettromagnetiche, come la luce infrarossa, che scorrono attraverso fibre ottiche.» Il prossimo passo logico è quindi quello di perfezionare e miniaturizzare ulteriormente la tecnologia fotonica e portare gli elementi ottici nei singoli dispositivi.
Parole chiave
Nanophotonics, nanoscala, fotonica, elettroni, computer, transistor, ottica
