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  • Un sistema de comunicación inalámbrica a nanoescala a través de antenas plasmónicas

    La búsqueda de tecnologías de próxima generación hace hincapié en la producción de mayor velocidad y eficiencia con componentes construidos a escalas lo suficientemente pequeñas como para funcionar en un chip de computadora.

    Una de las barreras para los avances en las comunicaciones "en chip" es el tamaño de las ondas electromagnéticas en las frecuencias de radio y microondas. que forman la columna vertebral de la tecnología inalámbrica moderna. Las olas relativamente grandes esposan una mayor miniaturización.

    Los científicos que intentan superar estas limitaciones están explorando el potencial del transporte óptico que explota las propiedades de longitudes de onda mucho más pequeñas. como los del terahercio, frecuencias infrarrojas y visibles.

    Un equipo de investigadores del Boston College ha desarrollado el primer sistema de comunicación inalámbrica a nanoescala que opera en longitudes de onda visibles utilizando antenas que envían y reciben plasmones de superficie con un grado de control sin precedentes. el equipo informa en la última edición de la revista Nature's Informes científicos .

    Es más, el dispositivo ofrece una configuración "en el plano", una clase apreciada de transmisión y recuperación de información bidireccional en una sola ruta, según el estudio, realizado por un equipo en el laboratorio de Evelyn J. y Robert A. Ferris, profesor de física Michael J. Naughton.

    Los hallazgos marcan un primer paso importante hacia una versión a nanoescala - y equivalente en frecuencia visible - de los sistemas de comunicación inalámbrica existentes. según los investigadores. Tales sistemas en chip podrían usarse para comunicaciones de alta velocidad, Conmutación de circuitos en plano y guía de ondas plasmónicas de alta eficiencia, un proceso que se utiliza actualmente en pantallas de cristal líquido.

    El dispositivo logró la comunicación a través de varias longitudes de onda en pruebas utilizando microscopía óptica de barrido de campo cercano. según el coautor principal Juan M. Merlo, un investigador postdoctoral que inició el proyecto.

    "Juan pudo llevarlo más allá del campo cercano, al menos hasta cuatro veces el ancho de una longitud de onda. Esa es una verdadera transmisión de campo lejano y casi todos los dispositivos que usamos a diario, desde nuestros teléfonos celulares hasta nuestros automóviles, se basan en en la transmisión de campo lejano, "dijo Naughton.

    Los plasmones de superficie poseen capacidades únicas de sublongitud de onda. Los investigadores que intentan explotar esas características han desarrollado estructuras metálicas, incluidas las antenas plasmónicas. Pero un problema persistente ha sido la incapacidad de lograr la contención "en línea" de la emisión y recolección de la radiación electromagnética. Un equipo de Boston College ha desarrollado un dispositivo con un proceso de conversión de tres pasos que cambia un plasmón de superficie a un fotón en la transmisión y luego convierte esa partícula electromagnética elemental de nuevo en un plasmón de superficie cuando el receptor lo capta. El dispositivo, ilustrado en este video, ofrece un grado de control sin precedentes en este enfoque para Comunicaciones más eficientes para alimentar computadoras y tecnologías ópticas. Crédito:Michael J. Burns, Juan M. Merlo

    El dispositivo podría acelerar la transmisión de información hasta en un 60 por ciento en comparación con las técnicas de guía de ondas plasmónicas anteriores y hasta un 50 por ciento más rápido que las guías de ondas de nanocables plasmónicas. el equipo informa.

    Los plasmones de superficie son las oscilaciones de electrones acoplados a la interfaz de un campo electromagnético y un metal. Entre sus habilidades únicas, los plasmones de superficie pueden confinar energía en esa interfaz al encajar en espacios más pequeños que las ondas mismas.

    Los investigadores que intentan explotar estas capacidades de sublongitud de onda de los plasmones superficiales han desarrollado estructuras metálicas, incluidas las antenas plasmónicas. Pero un problema persistente ha sido la incapacidad de lograr la contención "en línea" de la emisión y recolección de la radiación electromagnética.

    El equipo de BC desarrolló un dispositivo con un proceso de conversión de tres pasos que cambia un plasmón de superficie a un fotón en la transmisión y luego convierte esa partícula electromagnética elemental de nuevo en un plasmón de superficie cuando el receptor lo capta.

    "Hemos desarrollado un dispositivo en el que las antenas plasmónicas se comunican entre sí con fotones que se transmiten entre ellas, ", dijo Naughton." Esto se hace con alta eficiencia, con la pérdida de energía reducida en un 50 por ciento entre una antena y la siguiente, lo cual es una mejora significativa con respecto a arquitecturas comparables ".

    Un elemento central del nuevo control de los plasmones de superficie fue la creación de un pequeño espacio de aire entre las ondas y la superficie plateada del dispositivo. dijo Merlo, quien obtuvo su doctorado en el Instituto Nacional de Astrofísica de México, Óptica y Electrónica. Al eliminar una parte del sustrato de vidrio, el equipo redujo el tirón disruptivo del material sobre los fotones en transmisión. Ampliar y reducir esa brecha resultó crucial para ajustar el dispositivo.

    Con guías de ondas de silicio tradicionales, la dispersión reduce la velocidad de transmisión de la información. Sin ese impedimento El nuevo dispositivo aprovecha la capacidad de los plasmones de superficie para viajar a entre el 90 y el 95 por ciento de la velocidad de la luz en una superficie plateada y los fotones viajan entre las antenas a su velocidad inherente de la luz. Dijo Merlo.

    "La tecnología óptica basada en silicio existe desde hace años, "dijo Merlo." Lo que estamos haciendo es mejorarlo para hacerlo más rápido. Estamos desarrollando una herramienta para hacer que la fotónica de silicio sea más rápida y mejorar en gran medida las tasas de comunicación ".


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