Las conexiones electrónicas y transmisión de datos dentro y entre los microchips se están convirtiendo cada vez más en un cuello de botella en el crecimiento exponencial del tráfico de datos en todo el mundo. Las conexiones ópticas son los sucesoras naturales, pero la transmisión óptica de datos requiere una fuente de luz a nanoescala adecuada, y esto ha estado faltando hasta el momento.
Así, científicos de la Universidad de Tecnología de Eindhoven (TU / e) han creado una fuente de luz que tiene las características correctas: un nano-LED que es 1000 veces más eficiente que sus predecesores, y es capaz de manejar velocidades de gigabits de datos por segundo. Han publicado sus hallazgos en la revista en línea Nature Communications.
Nano o microwatts
Con los cables eléctricos alcanzando sus límites, las conexiones ópticas como la fibra de vidrio son cada vez más el estándar para el tráfico de datos. En distancias más largas, casi toda la transmisión de datos es óptica. Dentro de los sistemas informáticos y microchips, también, el crecimiento del tráfico de datos es exponencial, pero ese tráfico sigue siendo electrónico, y esto se está convirtiendo cada vez más en un cuello de botella. Dado que estas conexiones («interconexiones») representan la mayor parte de la energía consumida por los chips. Muchos científicos de todo el mundo están trabajando en la habilitación de interconexiones ópticas (fotónicas). Crucial para esto es la fuente de luz que convierte los datos en señales de luz, y que deben ser lo suficientemente pequeño para caber en las estructuras microscópicas de microchips. Al mismo tiempo, la capacidad de producción y la eficiencia deben ser buenas. Especialmente la eficiencia es un desafío, ya que las pequeñas fuentes de luz, alimentadas por nano o microwatts, siempre han funcionado muy ineficientemente hasta la fecha.
Se pierde menos luz
Los investigadores de TU Eindhoven han desarrollado ahora un diodo emisor de luz (LED) de unos cien nanómetros con un canal de luz integrado (guía de ondas) para transportar la señal luminosa. Este nano-LED integrado es un 1000 veces más eficiente que las mejores variantes desarrolladas en otros lugares. Los investigadores basados en Eindhoven han avanzado especialmente en la calidad del acoplamiento integrado de la fuente de luz y de la guía de ondas, por lo que se pierde mucha menos luz y por lo tanto mucho más luz entra en la guía de ondas. La eficiencia del nuevo nano-LED está actualmente entre 0.01 y 1 por ciento, pero los investigadores esperan estar muy por encima de esa cifra pronto gracias a un nuevo método de producción.
Membrana
Otra característica clave del nuevo nano-LED es que está integrado en un sustrato de silicio sobre una membrana de fosfuro de indio. El silicio es el material básico para los microchips, pero no es adecuado para fuentes de luz, mientras que el fosfuro de indio si lo es. Además, las pruebas revelan que el nuevo elemento convierte señales eléctricas rápidamente en señales ópticas y puede manejar velocidades de datos de varios gigabits por segundo.
Viable
Los investigadores en Eindhoven creen que su nano-LED es una solución viable que tomará el freno del crecimiento del tráfico de datos en los chips. Sin embargo, son cautelosos acerca de las perspectivas. El desarrollo aún no está en la etapa en que puede ser explotado por la industria y la tecnología de producción que se necesita todavía tiene que salir de la tierra.
El documento ‘Diodos emisores de luz de nanopilares acoplados a guías de onda de silicio’ apareció el 2 de febrero de 2017 en Nature Communications y se puede encontrar bajo la referencia DOI 10.1038 / ncomms14323. Los autores son V. Dolores-Calzadilla, B. Romeira, F. Pagliano, S. Birindelli, A. Higuera-Rodríguez, P.J. van Veldhoven, M.K. Smit, A. Fiore y D. Heiss.
El estudio es parte del Programa de Gravitación Holandés ‘Research Center for Integrated Nanophotonics’ que se está realizando en TU / e. El Instituto de Integración Fotónica de TU / e es uno de los institutos de investigación líderes en el mundo de la fotónica integrada.
