Intensidad de dispersión de luz en un resonador Mie de silicio en función de la fuerza de excitación con tamaños de resonador de 100, 170, y 190 nm. Las líneas rojas continuas muestran las respuestas lineales correspondientes. Crédito:Universidad de Osaka
Un equipo de investigadores dirigido por la Universidad de Osaka y la Universidad Nacional de Taiwán creó un sistema de resonadores de silicio a nanoescala que pueden actuar como puertas lógicas para pulsos de luz. Este trabajo puede conducir a la próxima generación de procesadores de computadora basados en silicio que acortan la brecha entre las señales electrónicas y ópticas.
El silicio es uno de los elementos abundantes en nuestro planeta y es la base de toda la informática moderna. Es decir, desde smartphones a mainframes, todos los cálculos se basan en señales eléctricas que atraviesan transistores de silicio. Hacer interruptores y puertas lógicas a partir de señales electrónicas es fácil, ya que los voltajes pueden controlar el flujo de corriente en otros cables. Sin embargo, Los datos en Internet se envían principalmente como pulsos de luz a través de cables de fibra óptica. La capacidad de controlar los datos y la lógica por completo con luz sobre el silicio podría conducir a dispositivos mucho más rápidos.
El desafío es que las partículas de luz, llamados fotones, apenas interactúan entre sí, por lo que los pulsos no se pueden encender o apagar entre sí para realizar tareas lógicas. La óptica no lineal es el campo de estudio que trabaja para encontrar materiales en los que los haces de luz interactúan de alguna manera. Desafortunadamente, la no linealidad del silicio monocristalino es extremadamente débil, así que en el pasado era necesario utilizar láseres muy intensos.
Ahora, Los científicos de la Universidad de Osaka y la Universidad Nacional de Taiwán han aumentado la no linealidad del silicio 100, 000 veces creando un resonador nano-óptico, de modo que los interruptores totalmente ópticos se puedan operar utilizando un láser continuo de baja potencia. Lo lograron fabricando diminutos resonadores a partir de bloques de silicio de menos de 200 nm de tamaño. La luz láser con una longitud de onda de 592 nm puede quedar atrapada en el interior y calentar rápidamente los bloques. basado en el principio de resonancia de Mie. "Una resonancia de Mie ocurre cuando el tamaño de una nanopartícula coincide con un múltiplo de la longitud de onda de la luz, "dice el autor Yusuke Nagasaki.
Demostración de interruptor óptico mediante luz controlada (longitud de onda de 592 nm). La intensidad de la luz de señal (543 nm) se cambia encendiendo o apagando la luz controlada. Crédito:Universidad de Osaka
Con un nanobloque en un estado caliente inducido termoópticamente, un segundo pulso láser a 543 nm puede pasar casi sin dispersión, que no es el caso cuando el primer láser está apagado. El bloque puede enfriarse con tiempos de relajación medidos en nanosegundos. Esta gran y rápida no linealidad conduce a posibles aplicaciones para el control totalmente óptico de GHz a nanoescala. "Se espera que el silicio siga siendo el material de elección para los circuitos integrados ópticos y los dispositivos ópticos, "dice el autor principal Junichi Takahara.
El trabajo actual permite interruptores ópticos que ocupan mucho menos espacio que los intentos anteriores. Este avance abre el camino para la integración directa en el chip, así como para la obtención de imágenes de superresolución.
