Una cuasi-partícula que viaja a lo largo de la interfaz de un metal y un material dieléctrico puede ser la solución a los problemas causados ​​por la contracción de los componentes electrónicos, según un equipo internacional de ingenieros.

"Los chips microelectrónicos son omnipresentes hoy en día, "dijo Akhlesh Lakhtakia, Profesor de la Universidad Evan Pugh y Profesor Charles Godfrey Binder de Ingeniería y Mecánica, Penn State. "Tiempo de retardo para la propagación de la señal en interconexiones de cables metálicos, pérdida eléctrica en metales que conduce a un aumento de temperatura, y la diafonía entre interconexiones vecinas que surgen de la miniaturización y densificación limita la velocidad de estos chips ".

Estos componentes electrónicos están en nuestros teléfonos inteligentes, tabletas, computadoras y sistemas de seguridad y se utilizan en equipos hospitalarios, instalaciones de defensa y nuestra infraestructura de transporte.

Los investigadores han explorado una variedad de formas de resolver el problema de conectar varios componentes miniaturizados en un mundo de circuitos cada vez más reducidos. Mientras que la fotónica, el uso de la luz para transportar información, es atractivo por su rapidez, este enfoque es problemático porque las guías de ondas para la luz son más grandes que los circuitos microelectrónicos actuales, lo que dificulta las conexiones.

Una onda SPP modulada por pulsos que se mueve hacia la derecha, guiado por la interfaz de un material dieléctrico (arriba) y un metal (abajo), de repente se encuentra con la sustitución del material dieléctrico por aire. La mayor parte de la energía se transmite a la interfaz aire / metal, pero parte se refleja en la interfaz dieléctrico / metal. El video tiene una duración de 120 femtosegundos.

Los investigadores informan en una edición reciente de Informes científicos que "la señal puede viajar largas distancias sin una pérdida significativa de fidelidad, "y que" las señales pueden posiblemente ser transferidas por ondas SPP en varias decenas de micrómetros (de aire) en chips microelectrónicos ".

También señalan que los cálculos indican que las ondas SPP pueden transferir información alrededor de una esquina cóncava:una situación, junto con los espacios de aire, que es común en microcircuitos.

Los SPP son un fenómeno grupal. Estas cuasi-partículas viajan a lo largo de la interfaz de un metal conductor y un dieléctrico, un material no conductor que puede soportar un campo electromagnético, y a nivel macroscópico, aparecer como una ola.

Según Lakhtakia, Los SPP son los que le dan al oro su brillo reluciente particular. Un efecto de superficie, bajo ciertas condiciones, los electrones en el metal y las cargas polarizadas en el material dieléctrico pueden actuar juntos y formar una onda SPP. Esta ola guiado por la interfaz de los dos materiales puede continuar propagándose incluso si el alambre de metal tiene una rotura o la interfaz dieléctrica de metal termina abruptamente. La onda SPP puede viajar en el aire durante unas pocas decenas de micrómetros o el equivalente a 600 transistores colocados de punta a punta en chips de tecnología de 14 nanómetros.

Las ondas SPP también solo viajan cuando están muy cerca de la interfaz, para que no produzcan diafonía.

El problema con el uso de ondas SPP en el diseño de circuitos es que, si bien los investigadores saben experimentalmente que existen, los fundamentos teóricos del fenómeno estaban menos definidos. Las ecuaciones de Maxwell que gobiernan las ondas SPP cubren un continuo de frecuencias y son complicadas.

"En lugar de resolver las ecuaciones de Maxwell frecuencia por frecuencia, que es poco práctico y propenso a debilitar errores computacionales, tomamos múltiples instantáneas de los campos electromagnéticos, "dijo Lakhtakia.

Estas instantáneas, ensartados juntos, conviértase en una película que muestre la propagación de la onda SPP modulada por pulsos.

"Estamos estudiando problemas difíciles, ", dijo Lakhtakia." Estamos estudiando problemas que no tenían solución hace 10 años. Los componentes computacionales mejorados cambiaron nuestra forma de pensar sobre estos problemas, pero aún necesitamos más memoria ".