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Procesadores ultrarrápidos gracias a los plasmones

Gracias a la aplicación de una técnica innovadora de captación de imágenes mediante electrones, un grupo de científicos financiado por la Unión Europea consiguió capturar una imagen sin precedentes de la naturaleza dual cuántica y clásica de los plasmones y de la propagación de ondas en nanoestructuras. El resultado sienta las bases de una nueva generación de ordenadores híbridos ópticos y electrónicos capaces de funcionar a velocidades ultrarrápidas.
Procesadores ultrarrápidos gracias a los plasmones
Cuando la luz interactúa con los electrones libres de un metal en ciertas circunstancias, genera una onda de densidad llamada plasmón que se produce a frecuencias ópticas. Los plasmones son ondas de electrones superficiales excitados, y no un movimiento real de partículas, que pueden moverse a velocidades próximas a la de la luz. En consecuencia, los procesadores de ordenadores que utilicen esta tecnología pueden funcionar a velocidades mucho más rápidas que la electrónica actual.

Para poder combinar los circuitos ópticos y electrónicos convencionales en ordenadores se necesita controlar los plasmones. El proyecto TRUEVIEW (Time-resolved ultrafast electron visualization of evanescent waves), financiado por la Unión Europea, profundizó de forma importante en el conocimiento de la evolución de los campos electromagnéticos evanescentes en estructuras nanofotónicas y las interacciones subyacentes luz-materia necesarias para la investigación moderna sobre optoelectrónica.

Utilizando la técnica de microscopia electrónica de campo próximo inducida por fotones (PINEM), los científicos pudieron visualizar y caracterizar nanoestructuras fotónicas y plasmónicas en el espacio y en el tiempo con resolución de nanómetros y femtosegundos. Esta técnica avanzada aprovecha pulsos sincronizados muy breves de electrones con el fin de detectar campos electromagnéticos ultrarrápidos inducidos por fotones confinados en estructuras nanométricas.

En un experimento diseñado cuidadosamente, en el cual se excitaba una onda plasmónica estacionaria con un fotón en un resonador nanométrico, los científicos capturaron una imagen ultrarrápida de la representación espacial de la luz confinada y su distribución en energía y espacio en dos dimensiones. La imagen que resulta revela las propiedades ondulatorias de los plasmones a la vez que su naturaleza cuántica, en un solo experimento.

Además, los científicos capturaron una película de las ondas plasmónicas propagándose en un medio de propagación diseñado cuidadosamente. La propagación y las interferencias se filmaron mediante captación de imágenes de PINEM utilizando pulsos sincronizados de electrones con distintos retardos, con un enfoque estroboscópico. En experimentos parecidos, los científicos demostraron el control del patrón de interferencias plasmónicas mediante la combinación del diseño de nanograbado y la polarización de la luz de excitación.

TRUEVIEW logró desentrañar los principios funcionales de ondas ópticas confinadas a nanoescala y también la manipulación de la luz en nanoestructuras optoelectrónicas. Además, utilizando PINEM para visualizar y caracterizar nanoestructuras fotónicas y plasmónicas en espacio y tiempo, estableció con éxito el campo de la microscopia electrónica ultrarrápida en el seno de la comunidad investigadora europea.

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Palabras clave

Procesadores ultrarrápidos, plasmones, onda-partícula, TRUEVIEW, microscopia electrónica
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