Quando si tratta di trasferimento e calcolo dei dati, più velocemente possiamo spostare gli elettroni e condurre l’elettricità, meglio è, e gli scienziati sono appena stati in grado di trasportare elettroni a velocità inferiori al femtosecondo (meno di un quadrilionesimo di secondo) in una configurazione sperimentale.
Il trucco sta nel manipolare gli elettroni con onde luminose appositamente realizzate e prodotte da un laser ultraveloce. Potrebbe passare molto tempo prima che questo tipo di tecnologia arrivi sul tuo laptop, ma il fatto che l’abbiano fatto promette un significativo passo avanti in termini di ciò che possiamo aspettarci in futuro dai nostri dispositivi.
Al momento, i componenti elettronici più veloci possono essere accesi o spenti in picosecondi (trilioni di secondo), circa 1.000 volte più lenti di un femtosecondo.
Con il loro nuovo metodo, i fisici sono stati in grado di commutare correnti elettriche a circa 600 attosecondi (un femtosecondo corrisponde 1.000 attosecondi).
“Questo potrebbe essere il lontano futuro dell’elettronica“, afferma il fisico Alfred Leitenstorfer dell’Università di Costanza in Germania. “I nostri esperimenti con impulsi di luce a ciclo singolo ci hanno portato benissimo nel raggio di attosecondi del trasporto di elettroni“.
Leitenstorfer e i suoi colleghi sono stati in grado di costruire una configurazione precisa presso il Center for Applied Photonics di Costanza. I loro macchinari potevano sia manipolare accuratamente gli impulsi luminosi ultracorti, sia costruire le nanostrutture necessarie.
Il laser utilizzato dal team è stato in grado di emettere cento milioni di impulsi di luce a ciclo singolo ogni singolo secondo al fine di generare una corrente misurabile. Utilizzando antenne d’oro su scala nanometrica a forma di papillon, il campo elettrico dell’impulso è stato concentrato in uno spazio largo appena sei nanometri (seimila milionesimi di metro).
Come risultato della loro configurazione specialistica, del tunneling elettronico e dell’accelerazione prodotta, i ricercatori hanno potuto commutare correnti elettriche ben al di sotto di un femtosecondo – meno di mezzo periodo di oscillazione del campo elettrico degli impulsi luminosi.
Andare oltre le restrizioni della convenzionale tecnologia dei semiconduttori al silicio si è dimostrata una sfida per gli scienziati, ma l’uso delle oscillazioni follemente veloci della luce per aiutare gli elettroni a guadagnare velocità potrebbe aprire nuove strade per spingere i limiti dell’elettronica.
E questo è qualcosa che potrebbe essere molto vantaggioso nella prossima generazione di computer: gli scienziati stanno attualmente sperimentando il modo in cui luce ed elettronica potrebbero lavorare insieme in varie modalità.
Alla fine, Leitenstorfer e il suo team ritengono che i limiti dei sistemi informatici di oggi potrebbero essere superati usando nanoparticelle plasmoniche e dispositivi optoelettronici, utilizzando le caratteristiche degli impulsi luminosi per manipolare gli elettroni su scale super-piccole.
“Questa è la ricerca di base di cui stiamo parlando qui e potrebbe richiedere decenni per essere implementata“, afferma Leitenstorfer.
Il prossimo passo è sperimentare una varietà di configurazioni diverse usando lo stesso principio. Questo approccio potrebbe anche offrire approfondimenti sull’informatica quantistica, affermano i ricercatori, anche se c’è ancora molto lavoro da fare.
La ricerca è stata pubblicata su Nature Physics.
