Recenti studi hanno dimostrato come sia possibile accendere e spegnere con velocità elevatissima onde di elettroni
PISA – Ricercatori di Nano-Cnr e dell’Università di Regensburg hanno elaborato un interruttore ultraveloce per le onde elettroniche, che potrebbe consentire di accelerare enormemente i futuri dispositivi elettronici, aprendo al nuovo campo della plasmonica.
La lucentezza tipica dei metalli è dovuta agli elettroni che si muovono liberamente all’interno del materiale, riflettendo la luce.
Illuminando opportunamente il metallo, come spiegato dal Cnr, si possono generare delle onde sulla superficie di questo mare di elettroni, che vengono dette plasmoni di superficie. Quando la luce è concentrata su un punto di pochi nanometri (un nanometro è un milionesimo di millimetro, circa dieci volte il diametro di un atomo), essa genera onde in miniatura che si propagano sulla superficie del materiale in modo circolare. La plasmonica intende dunque sfruttare queste onde per realizzare dispositivi elettronici compatti e ultraveloci: finora tuttavia non si era trovato un modo per accendere e spegnere tali onde rapidamente.
Per la prima volta, ricercatori dell’Istituto nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (Nano-Cnr) e della Scuola Normale Superiore, in collaborazione con l’Università di Regensburg, hanno dimostrato che è possibile accendere e spegnere con velocità elevatissima onde di elettroni. Un risultato che potrebbe portare a interruttori con velocità di commutazione enormemente maggiori rispetto a quelle dei più avanzati transistor attuali e quindi alla possibilità di costruire dispositivi elettronici ultraveloci. Lo studio è pubblicato su Nature nanotechnology.
“La soluzione – ha spiegato Miriam Vitiello di Nano-Cnr – è stata utilizzare, anziché un metallo, uno dei nuovi materiali bidimensionali: il fosforene impilato in una struttura a strati dello spessore di un singolo atomo. Nel metallo le onde elettroniche sono sempre presenti, mentre nella struttura che abbiamo realizzato nei nostri laboratori di Pisa si generano elettroni che si muovono solo irraggiandoli con intensi impulsi luminosi, altrimenti la struttura è come spenta. Ma 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”.
Utilizzando un apparato di misura unico a livello mondiale per la sua risoluzione spaziale e temporale elevatissima, gli scienziati hanno misurato tempi di commutazione nella scala dei femtosecondi (un femtosecondo è un milionesimo di un miliardesimo di secondo, cioè 0, 000 000 000 000 001 secondi) e quindi molti ordini di grandezza più veloci rispetto ai migliori transistor esistenti.
“Nell’elettronica tradizionale – ha concluso la ricercatrice Miriam Vitiello – 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 uno stato on a uno stato off rapidamente, controllando l’accensione e lo spegnimento di onde di plasmoni, è estremamente incoraggiante per una futura elettronica ultra-veloce basata sui plasmoni di superficie, uno degli obiettivi della plasmonica”.
