Ricercatori del Nano-Cnr e dell’Università di Regensburg hanno sfruttato la plasmonica e un nuovo materiale bisimensionale, il fosforene, per creare un interruttore ultraveloce che potrebbe rivoluzionare l’elettronica.
La plasmonica protagonista della futura elettronica ultraveloce
Il plasmone è un’eccitazione collettiva associata alle oscillazioni del plasma di elettroni contenuti in un sistema. Sebbene il nome non risulti familiare, abbiamo prova di ciò ogni volta che osserviamo un metallo lucido. La lucentezza di un metallo infatti è dovuta agli elettroni che si muovono liberamente all’interno del materiale, riflettendo la luce.
Quando si concentra una luce su un punto di ridotte dimensioni (si parla di pochi micron) vengono generate delle onde che si propagano in maniera circolare sulla superficie del materiale. Tali onde potrebbero essere sfruttate per costruire dei dispositivi elettronici compatti ultraveloci.
L’interruttore ultraveloce con il fosforene
Fino ad ora il maggiore ostacolo all’applicazione della plasmonica nei dispositivi elettronici era costituito dal fatto che non si era ancora trovato un modo per accendere o spegnere rapidamente questo tipo di segnali (ovvero le onde di plasmoni).
La soluzione è stata trovata impiegando uno dei nuovi materiali bidimensionali: il fosforene. Tale materiale è stato impilato a strati dello spessore di un singolo atomo; ciò ha permesso di costruire una struttura nella quale, a differenza dei classici metalli, dove gli elettroni si muovono liberamente, gli elettroni si muovono solamente irraggiandoli con intensi impulsi luminosi; in caso contrario la struttura risulta “spenta”. Appena il primo impulso laser genera gli elettroni liberi, un impulso successivo produce l’onda di plasmoni di superficie e si passa a uno stato “acceso”.
Performance incredibili
Per verificare il funzionamento dell’interruttore si è reso necessario l’impiego di un apparato di misura unico a livello mondiale per la sua risoluzione spaziale e temporale elevatissima. Il tal modo sono stati misurati tempi di commutazione nell’ordine dei femtosecondi; un femtosecondo equivale a 10−15 secondi ovvero un milionesimo di miliardesimo di secondo. Tale unità di misura, per rendere l’idea, fino ad ora non trovava impieghi pratici ma unicamente teorici per via del suo valore infinitesimale.
Nell’elettronica tradizionale sono i transistor che, con la loro capacità di far passare o meno un segnale, accendono e spengono un dispositivo. Ora la possibilità di passare da “on” ad “off” rapidamente, controllando l’accensione e lo spegnimento di onde di plasmoni, è estremamente incoraggiante. Questa ricerca verrà sfruttata per delineare una futura elettronica ultra-veloce basata sui plasmoni di superficie, uno degli obiettivi della plasmonica.