Onderzoekers van het MIT hebben een nieuw systeem voorgesteld dat ferro-elektrische materialen - het soort dat vaak wordt gebruikt voor gegevensopslag - combineert met grafeen, een tweedimensionale vorm van koolstof die bekend staat om zijn uitzonderlijke elektronische en mechanische eigenschappen. De resulterende hybride technologie zou uiteindelijk kunnen leiden tot computer- en gegevensopslagchips die meer componenten in een bepaald gebied bevatten en sneller en minder energieverslindend zijn.

Het nieuwe systeem werkt door het beheersen van golven die oppervlakteplasmonen worden genoemd. Deze golven zijn oscillaties van elektronen opgesloten op grensvlakken tussen materialen; in het nieuwe systeem werken de golven op terahertz-frequenties. Dergelijke frequenties liggen tussen die van ver-infrarood licht en microgolf radio-uitzendingen, en worden als ideaal beschouwd voor computerapparatuur van de volgende generatie.

De bevindingen werden gerapporteerd in een paper in Technische Natuurkunde Brieven door universitair hoofddocent werktuigbouwkunde Nicholas Fang, postdoc Dafei Jin en drie anderen.

Het systeem zou een nieuwe manier bieden om onderling verbonden apparaten te bouwen die lichtgolven gebruiken, zoals glasvezelkabels en fotonische chips, met elektronische draden en apparaten. Momenteel, dergelijke interconnectiepunten vormen vaak een bottleneck die de gegevensoverdracht vertraagt ​​en het aantal benodigde componenten vergroot.

Met het nieuwe systeem van het team kunnen golven worden geconcentreerd op veel kleinere lengteschalen, wat zou kunnen leiden tot een tienvoudige winst in de dichtheid van componenten die in een bepaald gebied van een chip zouden kunnen worden geplaatst, zegt Fan.

Het eerste proof-of-concept-apparaat van het team maakt gebruik van een klein stukje grafeen dat is ingeklemd tussen twee lagen van het ferro-elektrische materiaal om eenvoudig, schakelbare plasmonische golfgeleiders. Dit werk gebruikte lithiumniobaat, maar vele andere dergelijke materialen zouden kunnen worden gebruikt, zeggen de onderzoekers.

Licht kan in deze golfgeleiders worden beperkt tot een deel van enkele honderden van de golflengte in de vrije ruimte, Jin zegt, wat een verbetering van de orde van grootte vertegenwoordigt ten opzichte van elk vergelijkbaar golfgeleidersysteem. "Dit opent spannende gebieden voor het verzenden en verwerken van optische signalen, " hij zegt.

Bovendien, het werk kan een nieuwe manier bieden om elektronische gegevens met zeer hoge snelheid in ferro-elektrische geheugenapparaten te lezen en te schrijven, zeggen de MIT-onderzoekers.

Dimitri Basov, een professor in de natuurkunde aan de Universiteit van Californië in San Diego die niet betrokken was bij dit onderzoek, zegt dat het MIT-team "een zeer interessante plasmonische structuur voorstelde, geschikt voor gebruik in het technologisch belangrijke [terahertz]-bereik. … Ik ben ervan overtuigd dat veel onderzoeksgroepen zullen proberen deze apparaten te implementeren."

Basov waarschuwt, echter, "Het belangrijkste probleem, zoals in alle plasmonica, zijn verliezen. Verliezen moeten grondig worden onderzocht en begrepen."

Naast Fang en Jin, het onderzoek is uitgevoerd door promovendus Anshuman Kumar, voormalig postdoc Kin Hung Fung (nu aan de Hong Kong Polytechnic University), en onderzoekswetenschapper Jun Xu. Het werd ondersteund door de National Science Foundation en het Air Force Office of Scientific Research.