Wile E. Coyote y las propiedades fotónicas del silicio

Un grupo internacional de científicos, dirigidos por la Universidad de Surrey, ha descubierto un nuevo tipo de silicio capaz de controlar haces de luz, que podría ser usado para la creación de “chips fotónicos”, en los que la información es transportada por haces de luz en vez de corrientes eléctricas.

Los científicos esperan que este descubrimiento, cuyo estudio ha sido publicado en Nature Photonics, lleve al desarrollo de tecnologías innovadoras como moduladores de señal para ondas electromagnéticas en terahercios (THz, la parte del espectro entre el visible/infrarrojo y radio/microondas).

El silicio es usado para enviar señales microondas en comunicación móvil, pero no es bueno para enviar señales de luz visible. El equipo descubrió que las impurezas estándar de los chips de ordenador hacen que los transistores puedan controlar el flujo de fotones THz de una manera mucho más eficiente que cualquier otro material. Esto conlleva un doble beneficio, permitir un nuevo método de comunicación chip-to-chip con silicio, lo cual actualmente sólo es posible con materiales mucho más caros, y una comunicación móvil de mucha más frecuencia, permitiendo la transmisión de más datos.

La modulación de la señal funciona mediante el uso de dos o más fotones, cada uno de los cuales puede “viajar” por el silicio de manera individual, y sólo cuando se encuentran son absorbidos. El primer fotón actuaría como un interruptor, su presencia o ausencia determina qué le ocurrirá al resto. La clave está en que el segundo fotón tiene que ser casi simultáneo del primero, lo que significa que la intensidad de los haces debe ser muy alta. Los investigadores probaron usando fotones THz en vez de los infrarrojos usados previamente, y encontraron que podían realizar la conmutación con una intensidad muchísimo más baja que nunca.

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Según el Profesor Ben Murdin la esencia de esta tecnología es comparable a dibujos animados como El Correcaminos: “Es como cuando Wile E. Coyote está persiguiendo al Correcaminos y se pasa del borde de un precipicio, siempre hay un momento antes de que la física “despierte”, se de cuenta de que tiene demasiada energía potencial, y se caiga. Durante este “tiempo coyote” a veces puede ocurrir algún otro efecto, como un cohete, una piedra, o un salto. Así es exactamente como el Principio de Incertidumbre de Heisenberg funciona aquí, hay un poco de “tiempo coyote”, después de que el primer fotón golpee, en el que la molécula no sabe qué energía potencial se supone que tiene que tener, pero mientras más energía trata de ignorar, menos “tiempo coyote” hay disponible”

“Hemos encontrado que el tiempo coyote de la radiación THz del silicio es mucho, mucho más larga, lo que significa que este tipo de fotón interruptor es mucho más eficiente que cualquier otra cosa que conozcamos. Los resultados muestran que el silicio podría tener un nuevo período de vida, proporcionando nuevas maneras de controlar la información con luz en vez de corriente eléctrica, lo que significa ordenadores mucho más rápidos y bandas de comunicación más anchas.”

Para más información:

A. W. van Loon, N. Stavrias, Nguyen H. Le, K. L. Litvinenko, P. T. Greenland, C. R. Pidgeon, K. Saeedi, B. Redlich, G. Aeppli, B. N. Murdin. Giant multiphoton absorption for THz resonances in silicon hydrogenic donors. Nature Photonics, 2018; 12 (3): 179

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