Investigadores de la Universidad de Washington, trabajando con investigadores de la ETH-Zurich, Universidad Purdue y Universidad Commonwealth de Virginia, han logrado un avance en las comunicaciones ópticas que podría revolucionar la tecnología de la información.

Crearon un dispositivo diminuto, más pequeño que un cabello humano, que traduce bits eléctricos (0 y 1 del lenguaje digital) a luz, o bits fotónicos, a velocidades decenas de veces más rápidas que las tecnologías actuales.

"Al igual que con los avances anteriores en tecnología de la información, esto puede afectar drásticamente la forma en que vivimos, "dijo Larry Dalton, profesor emérito de química de la Universidad de Washington y líder en investigación fotónica.

Estos nuevos dispositivos electroópticos se acercan al tamaño de los elementos de circuitos electrónicos actuales y son importantes para integrar fotónica y electrónica en un solo chip. La nueva tecnología también implica la utilización de una partícula, un polaritón de plasmón, que tiene propiedades intermedias entre electrones y fotones. Esta tecnología de partículas híbridas se conoce como plasmónicos.

Los hallazgos fueron publicados hoy en la revista. Naturaleza .

"El dispositivo se ha construido como un modulador plasmónico, "dijo Christian Haffner, estudiante de posgrado en ETH-Zurich y autor principal del artículo. "Esto es inusual, ya que la implementación tradicional se basa en la fotónica en lugar de la plasmónica. De hecho, los investigadores evitan los plasmónicos, La plasmónica es conocida en toda la industria como una tecnología que tiene el precio de las pérdidas ópticas más elevadas. Sin embargo, y este es, con mucho, el hallazgo más espectacular, se ha encontrado un truco para usar plasmónicos sin sufrir pérdidas tan altas ".

Para aumentar la capacidad informática de manejo de información, telecomunicaciones tecnologías de detección y control, los datos deben comunicarse con un gran ancho de banda a grandes distancias sin que las señales (información) se degrade, o consumir demasiada energía y generar demasiado calor. Ahí es donde la nueva tecnología descrita en el Naturaleza el artículo encaja. Llamado modulador electroóptico, el dispositivo convierte señales eléctricas en ópticas capaces de viajar a través de cableado de fibra de vidrio o de forma inalámbrica a través del espacio a través de torres de satélite y telefonía móvil. Esto debe lograrse con una excelente eficiencia energética utilizando dispositivos extremadamente pequeños capaces de procesar cantidades masivas de datos.

"El dispositivo debe ser muy sensible, capaz de responder a campos eléctricos muy pequeños. Si los campos necesarios para controlar el dispositivo son pequeños, entonces el consumo de energía también es bajo. Esto es importante ya que la eficiencia energética es fundamental para todas las aplicaciones, "El coautor Dalton dijo:agregando, "Quiere evitar generar calor y la degradación de la información en aplicaciones informáticas o de telecomunicaciones".

Este último avance sigue a un gran avance en 2000 cuando Dalton y un equipo de investigadores de la Universidad de Washington y la Universidad del Sur de California introdujeron por primera vez polímeros o plásticos electroópticos de nuevo diseño. que estaban integrados en dispositivos de un centímetro de largo que podían funcionar con menos de un voltio y con anchos de banda superiores a 100 gigahercios. Desafortunadamente, Estos dispositivos eran mucho más grandes que los elementos generadores de datos electrónicos y no eran adecuados para la integración de elementos electrónicos y fotónicos en un solo chip.

Sin embargo, transición a plasmónicos, este problema de huella ahora se ha resuelto. Y todo comenzó cuando un equipo internacional de científicos e ingenieros se propuso mejorar el dispositivo integrando mejores materiales electroópticos orgánicos con plasmónicos. Los plasmones se crean cuando la luz incide sobre una superficie metálica, como el oro. Los fotones luego pasan parte de su energía a los electrones en la superficie metálica de manera que los electrones oscilan. Estas nuevas oscilaciones de fotones y electrones se denominan polaritones de plasmón. Trabajar con polaritones de plasmón permite una reducción drástica en el tamaño de los circuitos ópticos y la operación del ancho de banda muchas veces mayor que la fotónica.

En comparación con el descubrimiento de 2000, el ancho de banda de los dispositivos aumentó en casi un factor de 10 y redujo los requisitos de energía en casi 1, 000 y esto se traduce en una reducción de la calefacción.

El talón de Aquiles de los plasmónicos, sin embargo, se conoce como pérdida óptica. Si bien la degradación de la señal con la distancia de transmisión no es tan mala como con la electrónica, La degradación de la señal con plasmónicos es mucho peor que con la fotónica.

“Los investigadores de ETH y Purdue concibieron una elegante arquitectura de dispositivo que aborda el problema de la pérdida plasmónica y logra una pérdida comparable a la de los moduladores totalmente fotónicos mediante el uso de una combinación de plasmónicos y fotónicos, "Dijo Dalton.

Llamó al dispositivo una elegante integración de la electrónica, fotónica y plasmónica, utilizando un material electroóptico orgánico que permite la integración de todas las opciones de procesamiento de señales.

"Este es un avance doblemente significativo en plasmónicos y materiales electroactivos orgánicos, posible gracias a la iteración creativa entre la predicción de materiales, diseño, síntesis, y optimización inmobiliaria, "dijo Linda S. Sapochak, director de la división de investigación de materiales de la National Science Foundation, que ayudó a financiar la investigación.

La integración de la electrónica y la fotónica en chips ha sido reconocida durante más de una década como el siguiente paso crítico en la evolución de la tecnología de la información.

La tecnología de la información es la ciencia de cómo percibimos nuestro mundo y procesamos y comunicamos esa información.

Las aplicaciones del nuevo dispositivo se pueden dividir en dos categorías según la longitud de onda de la luz utilizada:las telecomunicaciones de fibra óptica y las interconexiones ópticas en informática utilizan luz (fotones) en frecuencias ópticas (luz infrarroja), mientras que aplicaciones como el radar y las telecomunicaciones inalámbricas utilizan radiación electromagnética en las regiones de radiofrecuencia y microondas (luz de longitud de onda larga).

En el espacio de las telecomunicaciones y la informática, La electroóptica toma información generada en un dispositivo electrónico (por ejemplo, un procesador de computadora) y transformarlo en señales de luz que viajan a través de un cable de fibra óptica o mediante una transmisión inalámbrica a otro dispositivo electrónico.

"En ese sentido, podría pensar en la electroóptica como las 'rampas de acceso a la superautopista de la información, '", dijo Dalton.

La electroóptica también es fundamental para muchas otras aplicaciones, como el radar y el GPS. Representa la tecnología de sensores críticos, incluidas aplicaciones como detección de red integrada. Por ejemplo, La electroóptica es fundamental para muchos componentes de un vehículo autónomo y para monitorear elementos de infraestructura como edificios y puentes. El dispositivo es relevante para el procesamiento de información digital y analógica.