Un equipo de físicos del departamento de Nanofotonica y Metamateriales de la Universidad ITMO en San Petersburgo, Rusia, y otras instituciones rusas, han demostrado experimentalmente la viabilidad del diseño de un análogo óptico de un transistor basado en una única nanopartícula de silicio.

Debido a que el transistor es uno de los componentes más fundamentales de los chips de ordenador, los resultados de este estudio tienen una importancia crucial para el desarrollo de las futuras computadoras ópticas, en las cuales los transistores deben ser muy pequeños y ultrarrápidos al mismo tiempo. El estudio ha sido publicado en la revista científica Nano Letters.

El rendimiento de los ordenadores modernos, que emplean electrones como portadores de señal, se halla en gran medida limitado por el tiempo necesario para activar el transistor, normalmente alrededor de 0,1 a 1 nanosegundo. (Un nanosegundo es la milmillonésima parte de un segundo). La próxima generación de ordenadores ópticos, sin embargo, se basa en el uso de fotones para transportar la señal útil, lo que incrementa muchísimo la cantidad de información que puede pasar a través del transistor en cada segundo. Por esta razón, la creación de un transistor compacto capaz de funcionar enteramente con fotones y de hacerlo a una velocidad muy elevada está considerada como un paso decisivo en el desarrollo de los ordenadores ópticos. Dicho nanodispositivo permitiría a los científicos controlar la propagación de un haz de señales ópticas a través de un rayo de control externo bajo plazos de varios picosegundos (un picosegundo es la millonésima parte de una millonésima de segundo).

En el estudio un grupo de científicos rusos de la Universidad de ITMO, del instituto de Fisica Lebedev y de la Universidad Academica de San Petersburgo  han presentado un enfoque totalmente nuevo para diseñar este tipo de transistor óptico  del que han realizado un prototipo utilizando solo una nanoparticula de silicio.

El equipo liderado por Sergey Makarov  Investigador senior del departamento de  Nanofotónica y Metamateriales de la Universidad ITMO ha constatado que es posible cambiar drásticamente las propiedades de una nanopartícula de silicio irradiándola con un pulso láser intenso y ultracorto. El láser actúa por tanto como un rayo de control, provocando con rapidez los efectos necesarios para lograr la conducta deseada. El súbito cambio que así se consigue en las propiedades ópticas de la nanopartícula de silicio amplia las posibilidades de controlar la dirección en la que la luz incidente se propaga.

Ilustración de una nanopartícula de silicio conmutando entre modos de operación dependiendo de la intensidad de un pulso láser entrante. (Foto: Nano Letters)

Por ejemplo, la dirección de propagación de la nanopartícula de silicio puede pasar de ir en dirección hacia atrás a ir hacia adelante en una escala de tiempo de picosegundos, dependiendo de la intensidad del pulso láser de control incidente. Este concepto de conmutación ultrarrápida es muy prometedor para el diseño de un transistor que funcione de manera completamente óptica.

Fuente: Universidad ITMO