Microprocessori fotonici: realizzato silicio che emette luce

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I microprocessori fotonici saranno il prossimo grande passo dell’informatica, ormai siamo arrivati a un punto con i chip tradizionali in cui raddoppiare i circuiti non porta a un raddoppio della potenza di calcolo. Si guarda a un futuro in cui saranno i fotoni a sostituire gli elettroni.
Ora è arrivata notizia dall’Università della tecnologia di Eindhoven che alcuni ricercatori del prestigioso ateneo olandese hanno trovato il Sacro Graal dell’industria microelettronica, sono riusciti ad ottenere un silicio che emette luce.
L’invenzione è stata descritta in un articolo uscito su Nature.
Ma perché i fotoni farebbero meglio degli elettroni? Semplicemente perché man mano che aumentavamo la potenza di calcolo, stipando più circuiti di rame sullo stesso quadratino di silicio, aumentavano la resistenza (e di conseguenza il calore). Questo succede perché l’elettrone ha una carica elettrica e una massa, il fotone non ha né l’una né l’altra. Dunque risparmio di energia e maggiore velocità con i microprocessori fotonici, ma non si tratta di migliorare solo l’esistente, la scoperta potrebbe aprire il campo anche ad applicazioni nuove, ad esempio radar per macchine che guidano da sole basati sul laser.



In realtà il team guidato dal professor Erik Bakkers ha raggiunto lo scopo realizzando una struttura in una lega di silicio e germanio.
Il problema è molto complesso per chi non si intende di struttura atomica dei materiali, semplificando al massimo il problema era che un semiconduttore può emettere direttamente fotoni solo se ha una banda proibita diretta. La banda proibita è l’intervallo di energia interdetto agli elettroni (se non sapete di cosa parlo fidatevi, un manuale di fisica nucleare è al disopra delle mie forze e sicuramente al disopra dei miei limiti di spazio in questo articolo).
Fatto sta che il silicio non ce l’ha,  ma già 50 anni fa un articolo teorico affermava che realizzando una struttura di forma esagonale composta da una lega di silicio e germanio questa ha una banda diretta. Il problema è stato realizzarla, manco a farlo apposta dare una forma esagonale a una struttura in silicio non è per nulla facile. Gli stessi ricercatori che hanno firmato il recentissimo studio ci sono infine riusciti nel 2015 realizzando prima la struttura esagonale con altri materiali e poi ricoprendola con una lega di silicio e germanio.
La struttura realizzata cinque anni fa non era però ancora in grado di emettere fotoni, non riuscirono ad arrivare al traguardo, gli ultimi cinque anni li hanno passati a migliorare la purezza dell’involucro di silicio-germanio, eliminando impurità e difetti nella struttura cristallina e finalmente sono arrivati a un punto in cui se stimolata con un laser emette efficientemente luce.

Roberto Todini

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