Camino claro hacia los chips plasmónicos de alta velocidad

La electrónica moderna se basa en el uso de electrones como portadores de información, pero estos han dejado de estar a la altura de las necesidades contemporáneas más ambiciosas: los cables eléctricos cotidianos de cobre y los canales en los chips típicos no pueden transferir información con suficiente velocidad para los microprocesadores más avanzados. Esto actualmente obstaculiza el crecimiento del rendimiento de los microprocesadores; así pues, se hace necesaria la implantación de tecnologías de vanguardia para superar esa limitación y mantener vigente la ley de Moore, la cual predice que los circuitos de ordenador duplicarán su potencia cada dos años.

La transición de los pulsos eléctricos a los ópticos puede resolver el problema. Las ondas de luz de alta frecuencia (cientos de terahercios) permiten transferir y procesar más datos y, por tanto, posibilitan incrementar el rendimiento. Las tecnologías de fibra óptica se usan ampliamente en las redes de comunicaciones, pero el uso de la luz en microprocesadores y elementos lógicos se enfrenta al problema del límite de difracción, dado que el tamaño de las guías de ondas y otros elementos ópticos no puede ser mucho más pequeño que la longitud de onda de la luz. La “electrónica óptica” solo puede hacerse competitiva si la luz es “comprimida” a esta escala.

Superar el límite de difracción es posible con la transición de fotones a polaritones plasmónicos de superficie, que son excitaciones colectivas que emergen debido a la interacción entre los fotones y las oscilaciones de los electrones en la frontera entre un metal y un aislante. También se las llama cuasipartículas porque, por sus propiedades, son bastante similares a las partículas estándar tales como fotones o electrones. A diferencia de las ondas de luz tridimensionales, los polaritones de superficie “se aferran” a la frontera entre los dos medios. Esto proporciona la posibilidad de pasar de la óptica convencional tridimensional a la óptica bidimensional.

Esquema de la guía de onda plasmónica híbrida activa, con bombeo eléctrico, y distribución de la densidad de energía del campo plasmónico de superficie. (Imagen: Dmitry A. Svintsov, Aleksey V. Arsenin, Dmitry Yu. Fedyanin: “Full loss compensation in hybrid plasmonic waveguides under electrical pumping”. Optics Express, 2015.)

Los polaritones plasmónicos de superficie se han propuesto con anterioridad para ser usados como portadores de información para comunicaciones ópticas, pero el problema es que la señal se ve rápidamente atenuada a lo largo de las guías de onda plasmónicas. Unos científicos han dado ahora con una posible manera de solucionar definitivamente este inconveniente.

Unos científicos del Laboratorio de Nanoóptica y Plasmónica dependiente del Instituto de Física y Tecnología de Moscú (MIPT) en Rusia, han desarrollado un nuevo método para comunicación óptica en un chip, que dará la posibilidad de reducir el tamaño de los elementos ópticos y optoelectrónicos e incrementar en un orden de magnitud el rendimiento de los ordenadores. Han propuesto una forma de eliminar por completo las pérdidas de energía de los plasmones de superficie en los dispositivos ópticos.

La estrategia del equipo de Dmitry Fedyanin despeja el camino hacia el desarrollo de una nueva generación de chips optoelectrónicos de alto rendimiento.

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