Las computadoras de hoy son más rápidas y más pequeñas que nunca. La última generación de transistores tendrá características estructurales con dimensiones de solo 10 nanómetros. Si las computadoras van a ser aún más rápidas y al mismo tiempo más eficientes energéticamente a estas escalas minúsculas, probablemente necesitarán procesar información utilizando partículas de luz en lugar de electrones. Esto se conoce como "computación óptica".

Las redes de fibra óptica ya utilizan luz para transportar datos a largas distancias a alta velocidad y con una pérdida mínima. Los diámetros de los cables más delgados, sin embargo, están en el rango de micrómetros, ya que las ondas de luz, con una longitud de onda de alrededor de un micrómetro, deben poder oscilar sin obstáculos. Para procesar datos en un micro o incluso nanochip, por lo tanto, se requiere un sistema completamente nuevo.

Una posibilidad sería conducir señales de luz a través de las denominadas oscilaciones de plasmones. Se trata de una partícula de luz (fotón) que excita la nube de electrones de una nanopartícula de oro para que comience a oscilar. Estas ondas luego viajan a lo largo de una cadena de nanopartículas a aproximadamente el 10% de la velocidad de la luz. Este enfoque logra dos objetivos:dimensiones a escala nanométrica y una velocidad enorme. Lo que queda, sin embargo, es el consumo de energía. En una cadena compuesta puramente de oro, esto sería casi tan alto como en los transistores convencionales, debido al considerable desarrollo de calor en las partículas de oro.

Una pequeña mancha de plata

Tim Liedl, Profesor de Física en LMU y PI en el Clúster de Excelencia Nanosystems Initiative Munich (NIM), junto con colegas de la Universidad de Ohio, ha publicado ahora un artículo en la revista Física de la naturaleza , que describe cómo las nanopartículas de plata pueden reducir significativamente el consumo de energía. Los físicos construyeron una especie de pista de prueba en miniatura con una longitud de alrededor de 100 nanómetros, compuesto por tres nanopartículas:una nanopartícula de oro en cada extremo, con una nanopartícula de plata justo en el medio.

La plata sirve como una especie de intermediario entre las partículas de oro sin disipar energía. Para hacer oscilar el plasmón de la partícula de plata, se requiere más energía de excitación que para el oro. Por lo tanto, la energía simplemente fluye "alrededor" de la partícula de plata. "El transporte está mediado por el acoplamiento de los campos electromagnéticos alrededor de los llamados puntos calientes que se crean entre cada una de las dos partículas de oro y la partícula de plata, "explica Tim Liedl." Esto permite que la energía se transporte casi sin pérdidas, y en una escala de tiempo de femtosegundos ".

Modelo cuántico de libro de texto

La condición previa decisiva para los experimentos fue el hecho de que Tim Liedl y sus colegas son expertos en la ubicación exquisitamente exacta de nanoestructuras. Esto se hace mediante el método de origami de ADN, lo que permite colocar diferentes nanopartículas cristalinas a nanodistancias definidas con precisión entre sí. Anteriormente se habían realizado experimentos similares utilizando técnicas de litografía convencionales. Sin embargo, estos no proporcionan la precisión espacial requerida, en particular cuando se trata de diferentes tipos de metales.

En paralelo, los físicos simularon la configuración experimental en la computadora y confirmaron sus resultados. Además de las simulaciones electrodinámicas clásicas, Alexander Govorov, Profesor de Física en la Universidad de Ohio, Atenas, ESTADOS UNIDOS, fue capaz de establecer un modelo mecánico cuántico simple:"En este modelo, las imágenes clásica y la mecánica cuántica coinciden muy bien, lo que lo convierte en un ejemplo potencial para los libros de texto ".