Los nuevos metamateriales transparentes en desarrollo podrían hacer posibles chips de computadora y circuitos de interconexión que utilicen luz en lugar de electrones para procesar y transmitir datos. lo que representa un salto potencial en el rendimiento. Crédito:Imagen de la Universidad de Purdue / Zubin Jacob
Los nuevos metamateriales transparentes en desarrollo podrían hacer posibles chips de computadora y circuitos de interconexión que utilicen luz en lugar de electrones para procesar y transmitir datos. lo que representa un salto potencial en el rendimiento.
Aunque ahora se utilizan fibras ópticas para transmitir grandes cantidades de datos a grandes distancias, la tecnología no se puede miniaturizar fácilmente porque la longitud de onda de la luz es demasiado grande para caber dentro de las minúsculas dimensiones de los microcircuitos.
"El papel de las fibras ópticas es guiar la luz del punto A al punto B, De hecho, a través de continentes, "dijo Zubin Jacob, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Purdue. "La mayor ventaja de hacer esto en comparación con los cables de cobre es que tiene un ancho de banda muy alto, por lo que pueden pasar grandes cantidades de datos a través de estos cables ópticos en lugar de los cables de cobre. Sin embargo, en nuestras computadoras y productos electrónicos de consumo todavía usamos cables de cobre entre diferentes partes del chip. La razón es que no se puede confinar la luz al mismo tamaño que un alambre de cobre a nanoescala ".
Metamateriales transparentes, medios artificiales nanoestructurados con bloques de construcción transparentes, permiten un control de la luz sin precedentes y pueden representar una solución. Los investigadores están progresando en el desarrollo de metamateriales que reducen la longitud de onda de la luz, apuntando hacia una estrategia para usar luz en lugar de electrones para procesar y transmitir datos en chips de computadora.
"Si tiene una comunicación de ancho de banda muy alto en el chip, así como circuitos de interconexión entre chips, puedes ir a velocidades de reloj más rápidas, procesamiento de datos tan rápido, "Dijo Jacob. Tal avance podría hacer posible reducir el volumen de un grupo de computadoras de alto rendimiento al tamaño de una máquina de escritorio estándar.
A diferencia de algunos de los metamateriales en desarrollo, que dependen del uso de metales nobles como el oro y la plata, los nuevos metamateriales están hechos completamente de materiales dieléctricos, o aislantes y no metales. Este enfoque podría permitir a los investigadores superar una limitación importante encontrada hasta ahora en el desarrollo de tecnologías basadas en metamateriales:el uso de metales da como resultado la pérdida de demasiada luz para ser práctico para muchas aplicaciones.
Un artículo de revisión sobre metamateriales totalmente dieléctricos apareció en línea este mes en la revista. Nanotecnología de la naturaleza , destacando el rápido desarrollo en este nuevo campo de investigación. El artículo fue escrito por el estudiante de doctorado Saman Jahani y Jacob.
"Un factor clave es que no usamos metales en absoluto en este metamaterial, porque si usas metales mucha luz se calienta y se pierde, ", Dijo Jacob. Queremos llevar todo a la plataforma de silicio porque este es el mejor material para integrar dispositivos electrónicos y fotónicos en el mismo chip".
Un detalle crítico es la "velocidad anisotrópica" del material, lo que significa que la luz se transmite mucho más rápido en una dirección a través del material que en otra. Los materiales convencionales transmiten la luz casi a la misma velocidad sin importar en qué dirección viajen a través del material.
"La parte complicada de este trabajo es que requerimos que el material sea altamente anisotrópico, ", dijo." Entonces, en una dirección, la luz viaja casi tan rápido como lo haría en el vacío, y en la otra dirección viaja como lo haría en el silicio, que es unas cuatro veces más lento ".
La innovación podría permitir modificar un fenómeno llamado "reflexión interna total, "El principio que se utiliza actualmente para guiar la luz en la fibra óptica. Los investigadores están trabajando para diseñar la reflexión interna total en las fibras ópticas rodeadas por el nuevo metamaterial basado en silicio".
"Nuestra contribución ha sido básicamente el hecho de que hemos podido adaptar este fenómeno de reflexión interna total a la nanoescala, que convencionalmente se pensaba que era imposible, "Dijo Jacob.
Debido a que el material es transparente, es adecuado para transmitir luz, que es un tema crítico para aplicaciones prácticas de dispositivos. El enfoque podría reducir el calentamiento en los circuitos, lo que significa que se necesitaría menos energía para operar los dispositivos. Tal innovación podría traer a largo plazo unidades de procesamiento de datos miniaturizadas.
"Otra aplicación fascinante para estos metamateriales transparentes es la mejora del acoplamiento de materia luminosa para emisores de luz cuánticos individuales, "Dijo Jacob." El tamaño de las ondas de luz dentro de una fibra es demasiado grande para interactuar de manera efectiva con átomos y moléculas diminutos. El revestimiento de metamaterial transparente puede comprimir las ondas de luz a valores de sub-longitud de onda, lo que permite que la luz interactúe de manera efectiva con los objetos cuánticos. Esto puede allanar el camino para las fuentes de luz al nivel de un solo fotón ".