Un equipo de investigación de la Universidad Nacional de Singapur ha inventado recientemente un nuevo "convertidor" que puede aprovechar la velocidad y el pequeño tamaño de los plasmones para el procesamiento y transmisión de datos de alta frecuencia en nanoelectrónica.

Avance en nanoelectrónica, que es el uso de nanotecnología en componentes electrónicos, ha sido impulsada por la necesidad cada vez mayor de reducir el tamaño de los dispositivos electrónicos en un intento por producir productos más pequeños, gadgets más rápidos e inteligentes, como ordenadores, dispositivos de almacenamiento de memoria, pantallas y herramientas de diagnóstico médico.

Si bien la mayoría de los dispositivos electrónicos avanzados funcionan con fotónica, que implica el uso de fotones para transmitir información, los elementos fotónicos suelen ser de gran tamaño y esto limita en gran medida su uso en muchos sistemas nanoelectrónicos avanzados.

Plasmones, que son ondas de electrones que se mueven a lo largo de la superficie de un metal después de ser golpeado por fotones, es una gran promesa para las tecnologías disruptivas en nanoelectrónica. Son comparables a los fotones en términos de velocidad (también viajan con la velocidad de la luz), y son mucho más pequeños. Esta propiedad única de los plasmones los hace ideales para la integración con nanoelectrónica. Sin embargo, los intentos anteriores de aprovechar los plasmones como portadores de información tuvieron poco éxito.

Abordar esta brecha tecnológica, un equipo de investigación de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha inventado recientemente un nuevo "convertidor" que puede aprovechar la velocidad y el tamaño pequeño de los plasmones para el procesamiento y transmisión de datos de alta frecuencia en nanoelectrónica.

"Este innovador transductor puede convertir directamente señales eléctricas en señales plasmónicas, y viceversa, en un solo paso. Al unir plasmónicos y electrónicos a nanoescala, potencialmente podemos hacer que los chips funcionen más rápido y reducir las pérdidas de energía. Nuestro transductor plasmónico-electrónico mide aproximadamente 10, 000 veces más pequeño que los elementos ópticos. Creemos que se puede integrar fácilmente en tecnologías existentes y potencialmente se puede utilizar en una amplia gama de aplicaciones en el futuro. "explicó el profesor asociado Christian Nijhuis del Departamento de Química de la Facultad de Ciencias de la NUS, quien es el líder del equipo de investigación detrás de este avance.

Este nuevo descubrimiento se informó por primera vez en la revista. Fotónica de la naturaleza el 29 de septiembre de 2017.

De la electricidad a los plasmones en un solo paso

En la mayoría de las técnicas de plasmónica, Los plasmones se excitan en dos pasos:los electrones se utilizan para generar luz, que a su vez se utiliza para excitar plasmones. Para convertir señales eléctricas en señales plasmónicas, y viceversa, en un solo paso, el equipo de NUS empleó un proceso llamado tunelización, en el que los electrones viajan de un electrodo a otro electrodo, y al hacerlo, excitar plasmones.

"El proceso de dos pasos requiere mucho tiempo y es ineficiente. Nuestra tecnología se destaca porque brindamos una solución integral para la conversión de señales eléctricas en señales plasmónicas. Esto se puede lograr sin una fuente de luz, que requiere varios pasos y elementos ópticos grandes, complicando la integración con la nanoelectrónica. Basado en nuestros experimentos de laboratorio, la conversión de electrón a plasmón tiene una eficiencia de más del 10 por ciento, más de 1, 000 veces mayor que lo informado anteriormente, "añadió el profesor adjunto Nijhuis, quien también es del Centro NUS de Materiales Avanzados 2-D y del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología NUS.

Este innovador trabajo se llevó a cabo en colaboración con el Dr. Chu Hong Son del Instituto de Computación de Alto Rendimiento de la Agencia para la Ciencia, Tecnología e Investigación.

Los investigadores planean realizar más estudios para reducir el tamaño del dispositivo para que pueda operar a frecuencias mucho más altas. El equipo también está trabajando para integrar los transductores con guías de onda plasmónicas más eficientes para un mejor rendimiento.