At springe hullet kan gøre elektronik hurtigere

En kvasi-partikel, der bevæger sig langs grænsefladen mellem et metal og dielektrisk materiale, kan være løsningen på problemer forårsaget af krympende elektroniske komponenter, ifølge et internationalt team af ingeniører.

"Mikroelektroniske chips er allestedsnærværende i dag, "sagde Akhlesh Lakhtakia, Evan Pugh universitetsprofessor og Charles Godfrey Binder Professor i ingeniørvidenskab og mekanik, Penn State. "Forsinkelse af signaludbredelse i metaltrådsforbindelser, elektrisk tab i metaller, der fører til temperaturstigning, og krydssnak mellem tilstødende sammenkoblinger som følge af miniaturisering og fortætning begrænser disse chips hastighed. "

Disse elektroniske komponenter findes i vores smartphones, tabletter, computere og sikkerhedssystemer, og de bruges i hospitalsudstyr, forsvarsinstallationer og vores transportinfrastruktur.

Forskere har undersøgt forskellige måder at løse problemet med at forbinde forskellige miniaturiserede komponenter i en verden med stadigt krympende kredsløb. Mens fotonik, brug af lys til at transportere oplysninger, er attraktiv på grund af sin hastighed, denne tilgang er problematisk, fordi bølgelederne til lys er større end de nuværende mikroelektroniske kredsløb, hvilket gør forbindelser vanskelige.

En pulsmoduleret SPP-bølge, der bevæger sig til højre, styret af grænsefladen mellem et dielektrisk materiale (ovenfor) og et metal (nedenfor), støder pludselig på udskiftning af det dielektriske materiale med luft. Det meste af energien overføres til luft/metal -grænsefladen, men noget reflekteres til det dielektriske/metal -interface. Videoen strækker sig over 120 femtosekunder.

Forskerne rapporterer i en nylig udgave af Videnskabelige rapporter at "Signalet kan rejse lange afstande uden væsentligt tab af troskab, "og at" signaler kan muligvis overføres af SPP -bølger over flere titalls mikrometer (luft) i mikroelektroniske chips. "

De bemærker også, at beregninger indikerer, at SPP -bølger kan overføre oplysninger rundt om et konkavt hjørne - en situation, sammen med luftgab, det er almindeligt inden for mikrokredsløb.

SPP'er er et gruppefænomen. Disse kvasi-partikler bevæger sig langs grænsefladen mellem et ledende metal og et dielektrikum-et ikke-ledende materiale, der kan understøtte et elektromagnetisk felt-og på et makroskopisk niveau, fremstår som en bølge.

Ifølge Lakhtakia, SPP'er er det, der giver guld dets særlige skinnende glans. En overfladeeffekt, under visse betingelser kan elektroner i metallet og polariserede ladninger i det dielektriske materiale virke sammen og danne en SPP -bølge. Denne bølge, styret af grænsefladen mellem de to materialer kan fortsætte med at forplante sig, selvom metaltråden har et brud, eller den metal dielektriske grænseflade slutter pludseligt. SPP -bølgen kan rejse i luft i et par 10s mikrometer eller tilsvarende 600 transistorer lagt ende til ende i en 14 nanometer teknologi chips.

SPP -bølger rejser også kun i nærheden af ​​grænsefladen, så de ikke producerer krydstale.

Problemet med at bruge SPP -bølger ved design af kredsløb er, at mens forskere eksperimentelt ved, at de eksisterer, fænomenets teoretiske grundlag var mindre defineret. Maxwell -ligningerne, der styrer SPP -bølger, dækker kontinuum af frekvenser og er komplicerede.

"I stedet for at løse Maxwell -ligningernes frekvens efter frekvens, som er upraktisk og tilbøjelig til at ødelægge beregningsfejl, vi tog flere snapshots af de elektromagnetiske felter, "sagde Lakhtakia.

Disse snapshots, hængt sammen, blive en film, der viser udbredelsen af ​​den pulsmodulerede SPP-bølge.

”Vi studerer hårde problemer, "sagde Lakhtakia." Vi studerer problemer, der var uløselige for 10 år siden. Forbedrede beregningskomponenter ændrede vores måde at tænke på disse problemer, men vi har stadig brug for mere hukommelse. "