Grafene e materiali ferroelettrici per migliorare l'integrazione tra fotonica ed elettronica

Un gruppo di ricercatori del MIT ha elaborato un nuovo sistema che combina materiali ferroelettrici, il tipo di materiale usato per la costruzione dei dispositivi di storage magnetico-meccanici, con il grafene, uno dei nuovi materiali più promettenti costituito da un singolo foglio di atomi di carbonio e caratterizzato da particolari proprietà elettriche e meccaniche.

Il nuovo sistema si basa sul controllo dei plasmoni di superficie, ovvero le oscillazioni elettroniche che si verificano all'interfaccia tra qualsiasi materiale. I ricercatori hanno realizzato un dispositivo che fa uso di un piccolo frammento di grafene collocato a sandwich tra due strati di materiale ferroelettrico, riuscendo ad ottenere in questo modo guide d'onda plasmoniche facilmente commutabili. Per la realizzazione dell'esemplare di studio è stato impiegato il niobato di litio quale materiale ferroelettrico, ma i ricercatori hanno affermato che è possibile utilizzare anche altri materiali.

Il sistema permette alle onde plasmoniche di essere concentrate su più piccola scala, portando ad un guadagno di 10 volte sulla densità degli elementi che possono essere collocati su una data area di un chip. Inoltre questa particolare impostazione si rivela essere particolarmente ideale per la costruzione di dispositivi interconnessi fotonico-elettronici. L'interconnessione tra questi due tipi di dispositivi rappresenta infatti spesso un collo di bottiglia che rallenta il trasferimento dei dati e aumenta il numero degli elementi necessari.

La luce può essere confinata nelle guide d'onda in maniera molto più efficiente rispetto a qualsiasi altro sistema a guida d'onda fino ad oggi realizzato, aprendo interessanti prospettive nel campo della trasmissione e dell'elaborazione dei segnali ottici. Secondo i ricercatori del MIT il nuovo sistema può inoltre portare alla realizzazione di soluzioni di storage ad elevata densità e a minor consumo.