Gennembrud inden for ultrahurtig databehandling i nanoskala

Et forskerhold fra National University of Singapore har for nylig opfundet en ny "konverter", der kan udnytte plasmons hastighed og lille størrelse til højfrekvent databehandling og transmission i nanoelektronik.

Fremskridt inden for nanoelektronik, som er brugen af ​​nanoteknologi i elektroniske komponenter, er blevet drevet af det stadigt stigende behov for at skrumpe størrelsen på elektroniske enheder i et forsøg på at producere mindre, hurtigere og smartere gadgets såsom computere, hukommelseslagerenheder, displays og medicinske diagnostiske værktøjer.

Mens de fleste avancerede elektroniske enheder drives af fotonik - hvilket indebærer brug af fotoner til at overføre information - er fotoniske elementer normalt store i størrelse, og dette begrænser deres anvendelse i mange avancerede nanoelektroniske systemer i høj grad.

Plasmoner, som er bølger af elektroner, der bevæger sig langs overfladen af ​​et metal, efter at det er ramt af fotoner, har et stort løfte om forstyrrende teknologier inden for nanoelektronik. De kan sammenlignes med fotoner med hensyn til hastighed (de rejser også med lysets hastighed), og de er meget mindre. Denne unikke egenskab af plasmoner gør dem ideelle til integration med nanoelektronik. Imidlertid, tidligere forsøg på at udnytte plasmoner som informationsbærere havde ringe succes.

Håndtering af dette teknologiske hul, et forskerhold fra National University of Singapore (NUS) har for nylig opfundet en ny "konverter", der kan udnytte plasmons hastighed og lille størrelse til højfrekvent databehandling og transmission i nanoelektronik.

"Denne innovative transducer kan direkte konvertere elektriske signaler til plasmoniske signaler, og omvendt, i et enkelt trin. Ved at bygge bro mellem plasmonik og nanoskalaelektronik, vi kan potentielt få chips til at køre hurtigere og reducere effekttab. Vores plasmonisk-elektroniske transducer er omkring 10, 000 gange mindre end optiske elementer. Vi mener, at det let kan integreres i eksisterende teknologier og potentielt kan bruges i en lang række applikationer i fremtiden, "forklarede lektor Christian Nijhuis fra Institut for Kemi ved NUS Det Naturvidenskabelige Fakultet, hvem er leder af forskerteamet bag dette gennembrud.

Denne nye opdagelse blev først rapporteret i tidsskriftet Natur fotonik den 29. september 2017.

Fra elektricitet til plasmoner i et enkelt trin

I de fleste teknikker inden for plasmonik, plasmoner ophidses i to trin - elektroner bruges til at generere lys, som igen bruges til at ophidse plasmoner. For at konvertere elektriske signaler til plasmoniske signaler, og omvendt, i et enkelt trin, NUS -teamet anvendte en proces kaldet tunneling, hvor elektroner bevæger sig fra en elektrode til en anden elektrode, og ved at gøre det, ophidser plasmoner.

"Processen i to trin er tidskrævende og ineffektiv. Vores teknologi skiller sig ud, da vi leverer en one-stop-løsning til konvertering af elektriske signaler til plasmoniske signaler. Dette kan opnås uden lyskilde, som kræver flere trin og store optiske elementer, komplicerer integration med nanoelektronik. Baseret på vores laboratorieforsøg, elektron-til-plasmon-omdannelsen har en effektivitet på mere end 10 procent, mere end 1, 000 gange højere end tidligere rapporteret, "tilføjede Assoc Prof Nijhuis, som også er fra NUS Center for Advanced 2-D Materials og NUS Nanoscience and Nanotechnology Institute.

Dette banebrydende arbejde blev udført i samarbejde med Dr Chu Hong Son fra Institute of High Performance Computing under Agency for Science, Teknologi og forskning.

Forskerne planlægger at foretage yderligere undersøgelser for at reducere enhedens størrelse, så den kan fungere ved meget højere frekvenser. Teamet arbejder også på at integrere transducerne med mere effektive plasmoniske bølgeledere for bedre ydeevne.