Chip e dispositivi elettronici si sono ridotti drasticamente di dimensioni e sono diventati più veloci. Stiamo passando dall'elettronica alla fotonica, impiegando la luce invece degli elettroni, poiché abbiamo quasi raggiunto i limiti dell'elettronica “convenzionale”. A questa scala, appaiono una serie di nuove difficoltà. Ad esempio, anche la minima interferenza o effetti quantistici possono causare la distorsione e l'inutilità dei segnali.
Un team di ricerca della Università del Twente ha ora aggiunto una nuova soluzione alla "cassetta degli strumenti fotonici". Hanno sviluppato una nuova tecnica per intrappolare le onde sonore e la luce utilizzando guide d'onda di nitruro di silicio multistrato.
Lo sviluppo di nuovi metodi di comunicazione, ottica quantisticae i sensori dipendono dal filtraggio, dall'amplificazione e dall'elaborazione dei segnali ottici. Lo scattering Brillouin stimolato, un metodo di interazione optomeccanica coerente, è un approccio per ottenere questo risultato in modo efficace.
In questo metodo, due laser sintonizzati con precisione producono un'onda sonora intrappolata in una guida d'onda a frequenze un milione di volte superiori a quelle udibili dall'uomo. Il segnale viene filtrato in modo efficiente grazie all'interazione tra la luce che viaggia attraverso la guida d'onda e l'onda sonora, che riflette una regione molto piccola e ristretta dello spettro luminoso.
Il professor David Marpaung, il professore che guida il gruppo di ricerca sulla nanofotonica non lineare, ha affermato: “Anche se lo scattering di Brillouin è stato studiato a fondo negli ultimi anni, non potrebbe mai essere implementato in modo affidabile su un chip adatto all'uso nella nostra vita quotidiana. Intrappolare l'onda sonora in una guida d'onda abbastanza a lungo da essere efficace si è rivelato difficile. La "perdita acustica" è un grosso problema nelle piattaforme tradizionali basate sul silicio che impedisce forti interazioni Brillouin. E i materiali alternativi sono spesso instabili, fragili o addirittura tossici".
Gli scienziati hanno utilizzato circuiti nanofotonici di nitruro di silicio multistrato a bassa perdita (Si3N4) per configurare onde acustiche. Questi circuiti sono costituiti da guide d'onda a spirale lunghe 50 cm. Questo sistema intrappola l'onda sonora ed elimina le perdite acustiche impiegando due nuclei di nitruro di silicio. Oltre a produrre un proof of concept funzionante e altre utili implementazioni, l'impostazione sperimentale degli scienziati ha prodotto risultati promettenti.
Roel Botter, primo autore dell'articolo: "Abbiamo dimostrato un filtro notch di cancellazione RF e i risultati mostrano un grande potenziale per il futuro scattering Brillouin stimolato su un chip di nitruro di silicio".
Marpaung aggiunge: “La nostra ricerca rende possibile l'integrazione dello scattering Brillouin stimolato in grandi circuiti. Questi nuovi chip possono essere integrati con altre tecnologie emergenti come laser sintonizzabili, pettini di frequenza e circuiti fotonici programmabili, dando loro potenzialmente un ruolo nello sviluppo futuro di campi che vanno dalle telecomunicazioni all'informatica quantistica".
Riferimento della Gazzetta:
- Roel Botter, Kaixuan Ye et al. Scattering di Brillouin stimolato acusticamente guidato in circuiti fotonici di nitruro di silicio. Anticipi Scienza. DOI: 10.1126/sciadv.abq2196
