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Antena plasmónica integrada a un chip transmite en THz

Con solo unos micrómetros de tamaño la antena utiliza electrones balísticos y láseres de emisión/transmisión para comunicaciones ‘on-chip’.

ElectronicosOnline.com Magazine / Oswaldo Barajas

Esta es una verdadera obra de arte para las comunicaciones embebidas, toda vez que investigadores de la Universidad Técnica de Munich (Alemania) asignados al Departamento de Física, lograron incorporar una diminuta antena en la arquitectura de un procesador y la cual puede trabajar sobre frecuencias de Terahercios (THz) utilizan electrones para transferir los datos a través de una minúscula brecha localizada en la superficie del chip.

   

En el informe científico publicado en la revista Nature Communications, se explica que el prototipo de esta antena utiliza una tecnología denominada transferencia por electrones balísticos y láser, por lo que no envía las señales vía aérea como lo hacen los dispositivos convencionales.

El proyecto liderado por los académicos Alexander Holleitner y Reinhard Kienberger, utiliza propiedades cuánticas de los electrones que se habilitan a frecuencias muy altas sobre la superficie del chip, y además aseguraron los científicos, esta tecnología podrá también utilizarse para las propias comunicaciones internas del chip, lo que revolucionaría la estructura llamada pipeline.

“Al combinar las ventajas de nano-óptica ultra veloz en femtosegundos (fs), con un esquema en-chip de comunicaciones, las señales ópticas con frecuencia de varios cientos de THz, deben reducirse a señales electrónicas coherentes que se propagan al interior del chip. Hasta ahora, esto no se ha logrado debido al tiempo de respuesta que resulta lento en la mayoría de los circuitos electrónicos a nano escala”, mencionaron los investigadores teutones en su informe publicado por la universidad.

Durante las pruebas técnicas, los científicos fueron capaces de documentar 14 pulsos ópticos en femtosegundos dentro del infrarrojo cercano, los cuales utilizaron para conducir el ancho de banda sobre los THz.
   

Los científicos agregaron que durante sus pruebas, lograron documentar 14 pulsos ópticos en femtosegundos dentro del infrarrojo cercano, mismos que pudieron conducir un ancho de banda prospectivo de hasta 10 THz mismos que pueden integrarse a los circuitos electrónicos.

Estos pulsos electrónicos se propagan en líneas de cinta macroscópicas a una escala milimétrica, y para gestionar estos recursos, el equipo tecnológico utilizó foto-conmutadores de fs con uniones asimétricas de metal para llevar a cabo la función del control de pulsos.

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La respuesta de este método es inmediato bajo un modelo no-lineal basado en la absorción multifotónica plasmónica mejorada que da como resultado una emisión de campo de electrones balísticos que se propagan mediante las uniones de metal. “Nuestros resultados preparan el camino para la electrónica de femtosegndos integrada en circuitos electrónicos de THz y a escala de oblea”, añadieron los investigadores.

En física, un plasmón es un cuanto de oscilación del plasma. El plasmón es la cuasipartícula resultado de la cuantización de las oscilaciones del plasma, de la misma forma que un fotón o un fonón son cuantizaciones de ondas electromagnéticas y mecánicas.

La antena utiliza uniones de metal micrométricas que ayudan a estabilizar la transferencia de datos.
   

Esta nueva línea de trabajo y sus resultados aplicados en hardware de procesamiento, destapa nuevas posibilidades para seguir mejorando las arquitecturas de los chips, los cuales están llegando a sus límites de rendimiento conforme se cumple la Ley de Moore.

Los pulsos láser generados en la tecnología desarrollada por los académicos alemanes, promueven la excitación de electrones desubicados, es decir, aquellos que están en una especie de “flotación libre” en comparación con aquellos que están unidos a cualquier átomo en particular. Estos electrones desubicados o de flotación libre, como su nombre lo indica, se mueven libremente entre los átomos del material en donde se encuentran, en este caso, el de las pequeñas antenas plasmónicas.

Los electrones de flotación libre son indispensables para que la antena pueda realizar su trabajo de forma estable.
   

Cuando un fotón del pulso láser golpea uno de estos electrones desocubicados, el electrón produce una onda de plasmón. Estas ondas, asociadas a la frecuencia de un electrón que vibra en lugar de alinearse a las longitudes de onda de un fotón que viaja, tienen una longitud de onda mucho más corta que las ondas electromagnéticas. Las longitudes de onda más cortas significan componentes más pequeños y el resultado es que las antenas plasmónicas pueden transferir una gran cantidad de datos en un espacio muy pequeño.

Los responsables de este proyecto afirman que los siguientes pasos para esta tecnología será producir el entorno necesario y los materiales indispensables para convocar a la industria de semiconductores para que comiencen a realizar sus respectivas pruebas en sus chips.

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