Processori ultraveloci grazie ai plasmoni
Quando la luce interagisce con gli elettroni liberi in un metallo, in determinate circostanze, genera un’onda di densità chiamata plasmone, la quale si verifica a frequenze ottiche. I plasmoni sono costituiti da onde di elettroni superficiali, diversamente dal movimento di particelle reali, e sono in grado di viaggiare quasi alla velocità della luce. Di conseguenza, i processori per computer con tale tecnologia possono operare a velocità molto più elevate rispetto all’attuale elettronica. L’unione tra circuiti elettronici ottici e classici, all’interno di un computer, richiede la capacità di controllare i plasmoni. Il progetto TRUEVIEW (Time-resolved ultrafast electron visualization of evanescent waves), finanziato dall’UE, ha migliorato in modo significativo la comprensione relativa all’evoluzione dei campi elettromagnetici evanescenti all’interno di strutture nanofotoniche, e riguardo alle interazioni luce-materia sottostanti, necessarie per la ricerca inerente alla moderna optoelettronica. Utilizzando la tecnica di microscopia PINEM (photon-induced near-field electron microscopy), gli scienziati sono stati in grado di visualizzare e caratterizzare nanostrutture plasmoniche e fotoniche nello spazio e nel tempo, con risoluzione nanometrica e a femtosecondi. Questa tecnica avanzata sfrutta impulsi di elettroni molto brevi e sincronizzati per rilevare campi elettromagnetici foto-indotti e ultraveloci, limitati alle strutture su scala nanometrica. In un esperimento progettato con cura, dove un’onda stazionaria plasmonica è stata eccitata da un fotone su un risonatore nanometrico, gli scienziati hanno scattato un’istantanea ultraveloce della luce confinata la quale traccia la relativa distribuzione in termini di energia e spazio, in due dimensioni. L’immagine risultante rivela le proprietà dell’onda di plasmoni simultaneamente alla loro natura quantistica, in un singolo esperimento. Inoltre, è stato possibile ottenere un filmato relativo alla propagazione delle onde plasmoniche, all’interno di supporti di propagazione attentamente studiati. La propagazione e le interferenze sono state filmate attraverso l’immaginografia PINEM, mediante l’utilizzo di impulsi sincronizzati di elettroni, con differenti tempi di ritardo in un approccio stroboscopico. Nell’ambito di esperimenti simili, gli scienziati hanno dimostrato il controllo dell’interferenza plasmonica attraverso la combinazione di nano-patterning e polarizzazione della luce di eccitazione. TRUEVIEW è riuscito a chiarire i principi di funzionamento di onde ottiche confinate in nanoscala e la manipolazione della luce in nano strutture optoelettroniche. Utilizzando la tecnologia PINEM per la visualizzazione e la caratterizzazione di nanostrutture plasmoniche e fotoniche nello spazio e nel tempo, è stata resa possibile la microscopia elettronica ultraveloce, all’interno della comunità di ricerca europea.
Parole chiave
Processori ultraveloci, plasmoni, onda-particella, TRUEVIEW, microscopia elettronica