I metamateriali: potere della luce per nuovi computer ottici

Gli scienziati stanno progettando nuovi materiali per migliorare l’impiego della luce nei computer ottici e nei dispositivi per le telecomunicazioni.

I metamateriali: potere della luce per nuovi computer ottici

Da tempo si conoscono le proprietà dei metamateriali, almeno dal 1999, anno in cui il termine fu coniato per la prima volta.

Si tratta di materiali sintetici che possono manipolare le onde elettromagnetiche, come per esempio la luce visibile, per farle comportare in modi che non esistono in natura. Ciò ha portato a scoperte come l’imaging ad altissima risoluzione.

Una tecnologia per manipolare la luce

Ma adesso, gli scienziati stanno usando questa tecnologia di manipolazione della luce per nuovi scopi.

Presso la UMass Lowell (Stati Uniti), il King’s College London (Regno Unito), la Paris Diderot University (Regno Unito) e la Hartford University (Stati Uniti), hanno creato una nuova classe di metamateriali che possono essere “sintonizzati” per cambiare il colore della luce.

Questa tecnologia potrebbe un giorno consentire comunicazioni ottiche on-chip nei processori dei computer. In questo modo, si otterrebbero chip per computer più piccoli, più veloci, più economici e più efficienti dal punto di vista energetico, con una larghezza di banda più ampia e una migliore capacità di memorizzazione dati.

Ma una comunicazione ottica on-chip può servire anche per creare reti di telecomunicazione in fibra ottica più efficienti.

Attualmente, i chip dei computer usano elettroni per funzionare. In pratica, particelle molto indicate per questo uso, visto la loro dimensione assai ridotta. Tuttavia, la frequenza degli elettroni non è così veloce come quella delle particelle della luce, i fotoni, così minuscoli da non avere massa.

Fotoni per collegare i chip

Convertendo i segnali elettrici in impulsi di luce, la comunicazione tra chip avverrà con la luce, sostituendo il rame tra i chip di silicio convenzionali. Senza il collo di bottiglia di collegamenti lenti tra chip e chip, anche il calcolo parallelo sarà molto più veloce.

Sfortunatamente, le interazioni tra fotoni è un processo non lineare, estremamente inefficiente e che richiede materiali molto rari. Ma il team di ricercatori ha scoperto che diversi materiali con caratteristiche non lineari possono essere combinati insieme, dando luogo a un nuovo metamateriale che possiede le proprietà non lineari desiderate.

In altre parole, la nuova scoperta di come un metamateriale rimodella il flusso di fotoni, apre una nuova strada nel controllo della risposta non lineare dei materiali. Ciò si traduce in applicazioni di circuiti ottici per chip, che riescono a migliorare drasticamente i collegamenti.

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