CNR: Il primo interruttore ultraveloce per onde elettroniche / CNR: The first ultra-fast electronic circuit switch.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Ricercatori di Nano-Cnr e dell'Università di Regensburg hanno elaborato un interruttore ultra veloce per le onde elettroniche, che potrebbe consentire di accelerare enormemente i futuri dispositivi elettronici, aprendo al nuovo campo della plasmonica. Lo studio pubblicato su Nature Nanotechnology.

La lucentezza tipica dei metalli è dovuta agli elettroni che si muovono liberamente all'interno del materiale, riflettendo la luce. Illuminando opportunamente il metallo si possono generare delle ‘onde’ sulla superficie di questo ‘mare’ di elettroni, che vengono dette plasmoni di superficie. Quando la luce è concentrata su un punto di pochi nanometri (un nanometro è un milionesimo di millimetro, circa dieci volte il diametro di un atomo), essa genera onde in miniatura che si propagano sulla superficie del materiale in modo circolare. La plasmonica intende sfruttare queste onde per realizzare dispositivi elettronici compatti e ultraveloci: finora tuttavia non si era trovato un modo per accendere e spegnere tali onde rapidamente.

Per la prima volta, ricercatori dell'Istituto nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (Nano-Cnr) e della Scuola Normale Superiore, in collaborazione con l'Università di Regensburg, hanno dimostrato che è possibile accendere e spegnere con velocità elevatissima onde di elettroni. Un risultato che potrebbe portare a interruttori con velocità di commutazione enormemente maggiori rispetto a quelle dei più avanzati transistor attuali e quindi alla possibilità di costruire dispositivi elettronici ultraveloci. Lo studio è pubblicato su Nature nanotechnology.

"La soluzione è stata utilizzare, anziché un metallo, uno dei nuovi materiali bidimensionali: il fosforene impilato in una struttura a strati dello spessore di un singolo atomo", spiega Miriam Vitiello di Nano-Cnr. "Nel metallo le onde elettroniche sono sempre presenti, mentre nella struttura che abbiamo realizzato nei nostri laboratori di Pisa si generano elettroni che si muovono solo irraggiandoli con intensi impulsi luminosi, altrimenti la struttura è come 'spenta'. Ma appena il primo impulso laser genera gli

elettroni liberi, un impulso successivo produce l'onda di plasmoni di superficie e si passa a uno stato 'acceso'".

Utilizzando un apparato di misura unico a livello mondiale per la sua risoluzione spaziale e temporale elevatissima, gli scienziati hanno misurato tempi di commutazione nella scala dei femtosecondi (un femtosecondo è un milionesimo di un miliardesimo di secondo, cioè 0, 000 000 000 000 001 secondi) e quindi molti ordini di grandezza più veloci rispetto ai migliori transistor esistenti. "Nell’elettronica tradizionale sono i transistor che, con la loro capacità di far passare o meno un segnale, accendono e spengono un dispositivo. Ora la possibilità di passare da uno stato 'on' a uno stato 'off' rapidamente, controllando l’accensione e lo spegnimento di onde di plasmoni, è estremamente incoraggiante per una futura elettronica ultra-veloce basata sui plasmoni di superficie, uno degli obiettivi della plasmonica", conclude Vitiello.

ENGLISH

Nano-Cnr and Regensburg University researchers have developed an ultra-fast electronic wave switch that could allow you to speed up future electronic devices, opening up to the new plasma field. The study published on Nature Nanotechnology.

The typical metal gloss is due to the electrons that move freely within the material, reflecting the light. By appropriately illuminating the metal, they can generate 'waves' on the surface of this 'sea' of electrons, which are called surface plasmons. When the light is focused on a few nanometers (one nanometer is a millionth of a millimeter, about ten times the diameter of an atom), it produces miniature waves that propagate on the surface of the material in a circular fashion. Plasmonica intends to exploit these waves to produce compact and ultra-fast electronic devices: so far, however, no way has been found to turn these waves on and off quickly.

For the first time, researchers at the National Research Council (Nano-Cnr) and the Lower Norman School in collaboration with the University of Regensburg have shown that it is possible to turn on and off at very high electron wave rates. A result that could lead to switches with switching rates far higher than those of the most advanced current transistors and hence the ability to build ultra-fast electronic devices. The study is published on Nature nanotechnology.

"The solution was to use, instead of a metal, one of the new two-dimensional materials: phosphorene stacked in a layered structure of the thickness of a single atom," explains Miriam Vitiello of Nano-Cnr. "In metal, electronic waves are always present, while in the structure that we have created in our Pisa laboratories, electrons are generated that only move by irradiating them with intense light impulses, otherwise the structure is like 'off.' But just the first laser pulse generates free glielettron, a subsequent pulse produces the surface plasmon wave and passes to a 'switched state' ".

Using a world-unique measurement device for its high spatial and temporal resolution, scientists have measured switching times at the femtosecond scale (a femtosecond is a millionth of a billionth of a second, ie 0, 000 000 000 000 001 seconds ) and therefore many orders of magnitude faster than existing existing transistors. "In traditional electronics are the transistors that, with their ability to pass a signal or not, turn on and turn off a device. Now, the ability to switch from an on state to a state off quickly, switching on and off plasmon waves, is extremely encouraging for a future ultra-fast electronic based on surface plasmons, one of the plasmonic targets, "Vitiello concludes.

Da:

http://www.lescienze.it/lanci/2017/11/22/news/cnr_il_primo_interruttore_ultraveloce_per_onde_elettroniche-3763842/?ref=nl-Le-Scienze_24-11-2017