Una vista a nanoescala del nuevo sistema fluorescente ultrarrápido utilizando un microscopio electrónico de transmisión. El cubo de plata tiene solo 75 nanómetros de ancho. Los puntos cuánticos (rojos) están intercalados entre el cubo de plata y una fina lámina de oro. Crédito:Maiken Mikkelsen, Universidad de Duke
Los investigadores han desarrollado un dispositivo emisor de luz ultrarrápido que puede encenderse y apagarse 90 mil millones de veces por segundo y podría constituir la base de la computación óptica.
En su nivel más básico, La batería de su teléfono inteligente alimenta miles de millones de transistores que utilizan electrones para encender y apagar miles de millones de veces por segundo. Pero si los microchips pudieran usar fotones en lugar de electrones para procesar y transmitir datos, las computadoras podrían funcionar aún más rápido.
Pero primero los ingenieros deben construir una fuente de luz que se pueda encender y apagar tan rápidamente. Si bien los láseres pueden cumplir con este requisito, tienen demasiada energía y son difíciles de manejar para integrarlos en chips de computadora.
Los investigadores de la Universidad de Duke están ahora un paso más cerca de tal fuente de luz. En un nuevo estudio, un equipo de la Escuela de Ingeniería de Pratt impulsó los puntos cuánticos de semiconductores para emitir luz a más de 90 gigahercios. Este llamado dispositivo plasmónico podría usarse algún día en chips de computación óptica o para la comunicación óptica entre microchips electrónicos tradicionales.
El estudio fue publicado en línea el 27 de julio en Comunicaciones de la naturaleza .
"Esto es algo que la comunidad científica ha querido hacer durante mucho tiempo, "dijo Maiken Mikkelsen, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática y física en Duke. "Ahora podemos empezar a pensar en fabricar dispositivos de conmutación rápida basados en esta investigación, así que hay mucho entusiasmo por esta demostración ".
El nuevo récord de velocidad se estableció mediante plasmónicos. Cuando un láser brilla sobre la superficie de un cubo de plata de solo 75 nanómetros de ancho, los electrones libres en su superficie comienzan a oscilar juntos en una onda. Estas oscilaciones crean su propia luz, que reacciona de nuevo con los electrones libres. La energía atrapada en la superficie del nanocubo de esta manera se llama plasmón.
De izquierda a derecha:Gleb Akselrod, Maiken Mikkelsen, y Thang Hoang. Crédito:Universidad de Duke
El plasmón crea un campo electromagnético intenso entre el nanocubo de plata y una fina lámina de oro colocada a tan solo 20 átomos de distancia. Este campo interactúa con puntos cuánticos, esferas de material semiconductor de solo seis nanómetros de ancho, que se intercalan entre el nanocubo y el oro. Los puntos cuánticos Sucesivamente, producir un direccional, Emisión eficiente de fotones que se pueden encender y apagar a más de 90 gigahercios.
"Existe un gran interés en reemplazar los láseres por LED para la comunicación óptica de corta distancia, pero estas ideas siempre han estado limitadas por la lenta tasa de emisión de materiales fluorescentes, falta de eficiencia e incapacidad para dirigir los fotones, "dijo Gleb Akselrod, una investigación postdoctoral en el laboratorio de Mikkelsen. "Ahora hemos dado un paso importante hacia la solución de estos problemas".
"El objetivo final es integrar nuestra tecnología en un dispositivo que pueda excitarse óptica o eléctricamente, "dijo Thang Hoang, también investigador postdoctoral en el laboratorio de Mikkelsen. "Eso es algo que creo que todos, incluidas las agencias de financiación, está presionando bastante para ".
El grupo ahora está trabajando para usar la estructura plasmónica para crear una sola fuente de fotones, una necesidad para comunicaciones cuánticas extremadamente seguras, intercalando un solo punto cuántico en el espacio entre el nanocubo de plata y la lámina de oro. También están tratando de colocar y orientar con precisión los puntos cuánticos para crear las tasas de fluorescencia más rápidas posibles.
Aparte de sus posibles impactos tecnológicos, la investigación demuestra que los materiales bien conocidos no necesitan estar limitados por sus propiedades intrínsecas.
"Al adaptar el entorno alrededor de un material, como hemos hecho aquí con los semiconductores, podemos crear nuevos materiales de diseño con casi todas las propiedades ópticas que deseemos, ", dijo Mikkelsen." Y esa es un área emergente en la que es fascinante pensar ".
