Transitor del futuro: funzioneranno grazie alla luce

I transistor sono la pietra basilare dell’elettronica come la conosciamo. Era il 1965 quando Gordon Moore, l’allora capo della divisione R&D della Fairchild Semiconductor pubblicò su una rivista specializzata la sua teoria, in seguito assunta legge, secondo cui il numero di transistor in un circuito integrato sarebbe raddoppiato ogni circa 12 mesi.

Questa legge prevede che il limite fisico di 5 nanometri del silicio verrà raggiunto entro il 2020, e anche se recenti studi sui materiali come il carbonio o il grafene hanno permesso la realizzazione del primo transistor funzionante con un gate da 1 nanometro, la strada della fotonica sembra quella più probabile. La tecnologia fotonica, infatti, è uno dei campi su cui stanno investendo maggiormente i giganti tecnologici come Google, Intel e IBM.

L’idea alla base di questa tecnologia, molto legata all’ottica, è l’utilizzo di fotoni o luce al posto degli elettroni nelle operazioni integrate che includono il trasferimento di dati Internet, telefoni, televisori e radio con strumenti quali laser, fibra e rilevatori ottici.

Nascono così i Circuiti Integrati Ottici o Fotonici (PIC), con funzioni simili a quelle di un Circuito Integrato Elettronico (EIC), ma a differenza dei suoi predecessori, permetterebbero un’esperienza migliore e più risorse computazionali di calcolo. Un PIC fornisce funzioni per i segnali imposti sulle lunghezze d’onda ottiche nello spettro visibile o vicine all’infrarosso da 850 a 1650 nanometri.

 I PC del futuro: contributo italiano

 Come costruire questi circuiti fotonici? Un’idea potrebbe essere arrivata da una collaborazione tra il Politecnico di Milano, il Politecnico Federale di Zurigo e il Paul Scherrer Institute. Pubblicata sulla rivista Nature Photonics, la ricerca avrebbe trovato un metodo per far emettere luce laser al germanio, in passato usato nella costruzione di transistor.

Il germanio potrebbe essere la chiave per la costruzione di questi chip innovativi nei quali le informazioni vengono trasmesse mediante la luce. Questa tecnologia potrebbe interconnettere in maniera rapida ed efficiente le centinaia di transistor che formeranno i computer del futuro tramite l’integrazione di un laser in germanio.

A proposito del risultato, Giovanni Isella, del Politecnico di Milano, ha spiegato

”La soluzione che abbiamo trovato è stata quella di ‘amplificare’ di circa 20 volte gli sforzi interni già presenti nei film di germanio depositato su silicio. Questo si ottiene fabbricando dei micro-ponti di germanio in cui, col ridursi della sezione del ponte stesso, aumenta il grado di deformazione e di conseguenza l’intensità della luce emessa”.

Il transistor ottico del MIT

Ai Circuiti Ottici Integrati ci sta pensando il MIT che in collaborazione con la Harvard University e la Vienna University of Technology, ha sviluppato uno switch ottico sperimentale controllato da un singolo fotone per controllare la trasmissione di luce.

Il prototipo di switch ottico è costituito da due specchi altamenti riflettenti che funzionano in maniera analoga a un risonatore ottico. Quando lo switch è attivo (stato ON), la luce può attraversare i due specchi, mentre allo stato OFF passa solo il 20% del segnale.

Grazie a questi specchi, il campo elettromagnetico si estende occupando lo spazio tra essi, e se la distanza è calibrata con precisione, si forma un campo molto ampio che impedisce allo stesso di restringersi e lo spinge in avanti. In questo modo, gli specchi diventano “trasparenti” alla luce con la lunghezza d’onda desiderata.