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Plasmoni: Introduzione

LEZIONI Plasmonica
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Nel passato i dispositivi erano molto lenti e massivi. L’industria dei semiconduttori ha fatto un lavoro enorme nel riuscire a ridurre la dimensione dei dispositivi elettronici a livello nanometrico.

Sfortunatamente problemi legati a ritardi temporali hanno compromesso la possibilità di realizzare dispositivi puramente elettronici che operano a valori maggiori di 10 GHz. 

Al contrario, i dispositivi fotonici possiedono un enorome capacità di trasportare dati grazie alla loro ampiezza di banda.

Tuttavia, anche questi dispositivi hanno mostrato un limite. Infatti, i dispositvi fotononici composti da materiali dielettrici sono limitati dalla legge di diffrazione della luce che impone loro solo dimensioni dell’ordine dei micron, al di sotto del quale la luce non riuscirebbe a propagarsi.

Questo divario si può meglio comprendere osservando il grafico in Figura Il grafico mostra il comportamento della velocità operativa di un dispositivo rispetto alle sue dimensioni.

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Dal grafico vediamo che se si realizza un dispositivo elettronico molto piccolo, cioè dell’ordine delle decine di nanometri, la velocità operativa che un tale dispositivo può raggiungere non sarà maggiore del gigaherz (GHz). Questo è indicato dal blocco celeste  di elettronica con dimensioni ridotte rispetto al passato (blocco rosso) nel quale i dispositivi erano lenti e ingombranti.

Se si vogliono raggiungere velocità più elevate, allora bisogna sfruttare le proprietà della luce, quindi realizzare un dispositivo fotonico. Se si sfruttassero le proprietà della luce sarebbe possibile arrivare fino a raggiungere le velocità dei teraherz (Thz). Questo comportamente è evidenziato dal blocco viola.

Tuttavia, a causa del limite di diffrazione della luce, i dispositivi fotonici non possono essere troppo piccoli, avendo un limite dimensionale del microm. 

Come possiamo intuire dal grafico il blocco di fotonica e di elettronica sono complementari e non possono essere accoppiati per sfruttare le proprietà del blocco di elettronica e  del blocco di fotonica. 

Una possibile soluzione a questo limite dimensionale è offerta dalla tecnologia dei plasmoni. Grazie all’uso dei plasmoni è possibile accoppiare un dispositivo fotonico a un dispositivo elettronico tale da poter raggiungere sia dimensioni nanometriche che velocità operative nel range del terahertz.   

La branca della plasmonica offre quello che l’elettronica e la fotonica non riescono a dare separatamente, cioè un dispositivo nanometrico che possa trasmettere informazioni molto velocemente. Pertanto i dispositivi plasmonici possono essere visti come un interfaccia tra l’ elettronica e la fotonica che diversamente non riuscirebbero a comunicare.

Un esempio di applicazione lo possiamo vedere in una recente scoperta pubblicata su Nature 

Nella prossima lezione faremo una breve introduzione sull’origine dei plasmoni.

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