Luce, ultima frontiera. La rivoluzione internet nasce al Politecnico di Como

Risultati tanto preziosi da essere pubblicati su Scientific Reports (Nature). Un gruppo di Ricercatori del Centro L-NESS del Politecnico di Milano-Polo Territoriale di Como, in collaborazione con l’Istituto di Elettronica Fondamentale di Parigi, ha compiuto passi da gigante nell'ambito dell’ottica integrata basata su silicio: laser per generare segnali, modulatori per codificarli, detector per rivelarli e tutta l’ottica passiva per farli viaggiare all’interno dei microchip.

Partiamo con la spiegazione tecnica - difficile ma precisa - e poi cerchiamo di tradurla per noi comuni mortali.

Cos'hanno fatto i ricercatori?

Confinando gli elettroni in una serie di strati nanometrici di silicio e germanio - e applicando una piccola differenza di potenziale attraverso la nanostruttura - i ricercatori hanno potuto modificarne lo stato quantistico così da osservare un effetto elettro-ottico estremamente intenso, in grado di cambiare in modo sostanziale le proprietà ottiche del materiale.

Un risultato enorme che ha aperto una nuova strada verso la costruzione di modulatori elettro-ottici ad alte prestazioni e verso lo studio degli effetti ottici non-lineari in nano-strutture di silicio-germanio.

Jacopo Frigerio, tra i principali autori della ricerca

Cosa significa?

I nuovi servizi web come cloud computing, video streaming e social networking hanno causato un enorme incremento del traffico internet. Circolazione che, si calcola con assoluta certezza, raggiungerà i cento miliardi di gigabyte al mese nel 2016. La manipolazione e la trasmissione di una tale quantità di dati è diventata rilevante anche in termini energetici. Basti pensare che il 3% di tutto il consumo degli Stati Uniti è ascrivibile ai data center ed è destinato a crescere. "In questo contesto - spiegano dal Politecnico - appare evidente la necessità di sviluppare nuove tecnologie per la trasmissione dei dati che siano in grado di garantire un miglioramento delle prestazioni in termini di capacità e consumi rispetto all’attuale tecnologia basata su impulsi elettrici e interconnessioni metalliche". Ambito di ricerca

Una promettente soluzione a questi problemi è costituita dall'implementazione di interconnessioni ottiche. Grazie alla possibilità di trasmettere molteplici segnali attraverso un singolo canale, la luce diventa il mezzo ideale per la trasmissione dei dati. Questa tecnologia è già stata impiegata con successo nel campo delle telecomunicazioni a lunga distanza, infatti le dorsali principali della rete telefonica e di internet sono realizzate mediante fibre ottiche. Tuttavia, per rispondere adeguatamente al crescente traffico di dati, è necessario implementare

interconnessioni ottiche anche a media e breve distanza. Il principale fattore che limita la pervasività di questa tecnologia è il costo. I materiali normalmente utilizzati nell’ottica integrata, come i semiconduttori del gruppo III-V, non consentono la fabbricazione di dispositivi su larga scala, al contrario del silicio, ossia il materiale su cui si fonda la moderna industria elettronica. Il silicio

«Proprio il silicio nell’ultimo decennio è stato l’oggetto di un’intensa ricerca volta allo sviluppo di una tecnologia ottica completamente basata sui semiconduttori del gruppo IV (Si, Ge, Sn e C) – spiega Jacopo Frigerio, uno dei principali autori della ricerca – con lo scopo di abbatterne i costi e renderla così impiegabile per interconnessioni a distanza sempre minore. I ricercatori operanti nel settore stanno letteralmente reinventando l’ottica integrata, riprogettando e realizzando i singoli componenti utilizzando solo materiali completamente compatibili con la tecnologia del silicio».

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