Nuevo nanoláser permitiría CPU de 100 THz

Un equipo de científicos de la Cornell University y la Purdue University ha puesto a punto un dispositivo capaz de generar luz láser que utiliza plasmones en lugar de fotones. Esta partícula, de sólo 44 nanómetros de longitud, ha posibilitado la creación del láser que abre las puertas para la fabricación de microprocesadores capaces de funcionar a 100 THz, unas 20.000 veces más rápido que los actuales. Sin dudas, éste es uno de los avances más importantes de los últimos tiempos.

 

Siendo estrictos, no se trata de un láser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), sino de un pariente cercano llamado spaser (surface plasmon amplification by stimulated emission of radiation) que, en lugar de fotones, utiliza plasmones. Los plasmones son unas partículas que solo tienen 44 nanómetro de longitud y, como se encarga de aclarar Mark Stockman, profesor de física de Georgia State, “el spaser trabaja unas mil veces más rápido que el transistor más rápido existente, con un tamaño similar. Esto abre la posibilidad de construir amplificadores ultrarrápidos, elementos lógicos y microprocesadores que pueden funcionar miles de veces más rápidos que los microprocesadores convencionales basados en silicio.” Este método trata la luz de forma diferente a las tradicionales CPU ópticas, que son “difíciles de reducir de tamaño porque no puedes contener fotones en áreas más pequeñas que la mitad de la longitud de onda asociada”. Esta tecnología es la piedra fundamental en la que se basarán microprocesadores capaces de funcionar a 100 THz.

Los “spasers” podrían ser la base de los ordenadores ópticos del futuro.

El tamaño de un láser convencional está dictado por la longitud de onda que utiliza. La distancia entre las superficies reflectivas implicadas no puede (por obvias razones) ser menor que la mitad de la longitud de onda de la luz utilizada, que en el caso del espectro es de alrededor de 200 nanómetros. “Los spasers evitan estas limitaciones mediante el uso de plasmones,” dice Noginov. En el futuro, los spasers tendrán tamaños más pequeños, quizás de solo un nanómetro. “Difícilmente se puedan hacer más pequeños que eso,” explica Noginov, “porque se podría romper la funcionalidad de las nanopartículas en el dispositivo.”

Mientras que los equipos electrónicos actuales de uso masivo más veloces operan a velocidades de alrededor de 10 Gigahertz, Mikhail Noginov, un físico del Center for Materials Research de la Norfolk State University (Virginia), explica que los dispositivos ópticos pueden operar a cientos de Terahertz. Lamentablemente, hasta la fecha los dispositivos ópticos han sido muy dificiles de miniaturizar porque su tamaño depende de la longitud de onda de los fotones utilizados. “Actualmente se está haciendo un gran esfuerzo para diseñar una nueva generación de dispositivos nanoelectrónicos basados en plasmónica”, dice Noginov. A diferencia de otros intentos previos, los spasers son elementos activos capaces de producir y amplificar ondas. Noginov conoce profundamente el tema, ya que es uno de los coautores de este nuevo spaser. Ulrich Wiesner, de la Cornell University y Vladimir Shalaev y Evgenii Narimanov de la Purdue University completan el equipo, cuyo trabajo ha sido publicado en la última edición de la revista Nature. 

El reto que Noginov y sus colaboradores deben afrontar es construir un dispositivo que evite que la energía del haz spaser se disipe rápidamente en la superficie del metal. Una de las formas de evitarlo consiste en colocar una capa de sílice incrustada sobre la parte de oro. La “luz” proveniente del spaser permanece confinada como plasmones, o puede -de forma controlada- dejar que salga en forma de fotones en el rango de luz visible. Los “spasers” podrían ser la base de los ordenadores ópticos del futuro, al igual que los transistores son la base de la electrónica de hoy día.