Un passo in avanti verso i chip nanofotonici

I dispositivi fotonici integrati possono aumentare notevolmente la velocità di calcolo, rivoluzionare l’elettronica di consumo e fornire nuovi strumenti diagnostici minimamente invasivi per la diagnosi precoce delle malattie. Nell’ambito del progetto RE-ACT (Novel active nanophotonic devices in rare-earth doped double tungstates), i ricercatori hanno gettato le basi per la fabbricazione di circuiti fotonici altamente integrati. Grande attenzione è stata dedicata alle tecniche di fabbricazione economiche compatibili con la tecnologia dei semiconduttori in ossido di metallo complementari.

Per realizzare dispositivi fotonici su scala nanometrica che corrispondono alle dimensioni dei componenti elettronici, i ricercatori hanno preso in considerazione l’uso della plasmonica. Si tratta di un approccio nanofotonico che permette il controllo della luce su scala nanometrica. Il team ha abbinato guide d’onda plasmoniche a tungstati doppi di potassio cristallino (KREW) impregnati con ioni di terre rare.

KREW è un materiale cristallino che può fornire un guadagno stabile a lunghezze d’onda diverse. I ricercatori hanno usato tecniche eterogenee per integrare i KREW in substrati diversi, come biossido di silicio e silicio. Si sono concentrati sullo studio delle curve nelle guide d’onda KREW e su come gli effetti plasmonici possono ridurre le perdite di propagazione nelle curve accentuate.

I ricercatori hanno dimostrato sperimentalmente che l’introduzione di un sottile strato metallico sotto il nucleo della guida d’onda riduce le perdite per curvatura complessive. Lo studio può essere applicato a qualsiasi guida d’onda con basso contrasto di indice di rifrazione.

Un’altra parte del progetto ha riguardato lo sviluppo di sensori di spettroscopia Raman amplificata da superfici (SERS) integrati sulle guide d’onda ottiche. Tali sensori possono servire per monitorare la tossicità delle acque reflue. In future, è possibile che altre iniziative utilizzeranno nanoparticelle plasmoniche e guide d’onda passive per realizzare sensori SERS per la rilevazione di agenti inquinanti nell’acqua potabile.

La possibilità di integrare sul chip dispositivi fotonici su scala nanometrica con una maggiore funzionalità, banda quasi illimitata e consumi bassissimi apre le porte a nuove e interessanti applicazioni.