Közelebb kerültünk a plazmon­chipekhez

Egy lépéssel közelebb kerültünk azokhoz a számítógépes chipekhez, melyekben az adatok a fémvezetékek felszíni elektronjainak fodrozódásával száguldanak.

Mark Brongersma, a Stanford Egyetem kutatója egy új módszert talált a fenti fodrozódások, az úgynevezett plazmonok háromdimenziós továbbterjedésének két dimenzióban való modellezésére. Állítása szerint az új modell sokkal egyszerűbb és ösztönösebb az eddigi szimulációknál és döntő fontossággal bír a számítógép chipek plazmonos komponenseinek kialakításában.

A fény sebességével mozgó plazmonok akkor jönnek létre, amikor a fény egy bizonyos szögben ér fémet: hullámokat kelt, ami tovább terjed a felszín közelében lévő elektronokon. "Jelenleg a szimulációk olyan összetettek, hogy azokat a világon csupán néhány csoport képes végrehajtani" - mondta Brongersma. "Az új modell az egyszerűség égisze alatt született."


A fény hullámokat kelt a fém felszínén
Pillanatnyilag a plazmonok fő alkalmazási területe az aranybevonatú üveg bioszenzorokban rejlik, melyek észlelik egy bizonyos DNS vagy fehérje jelenlétét. A tudósok azonban nagyon szeretnék a plazmonokat átültetni az adathordozásba is, mivel alkalmazásukkal elvileg százezerszer nagyobb működési frekvenciákat érhetnének el, mint a mai Pentium chipek, anélkül, hogy vastagabb vezetékelést igényelnének.

A hagyományos fényhullámok képesek ugyan hasonlóan nagy frekvenciájú adatátvitelre, azonban a fotonok adatok szállítására való alkalmazása egy számítógépes chipben jelenleg lehetetlen. Ez a fényhullámokat szállító optikai szálak méretéből adódik, mivel körülbelül fele akkorának kell lennie, mint a fény hullámhossza, ami több mint duplája a mai chipekben található vezetékek vastagságának. "A plazmonok nagy előnye, hogy méretben az őket alkalmazó eszközök ugyanolyan kicsivé tehetők, mint az elektronikai alkatrészek, viszont a sebessége megegyezik a fotonokéval" - magyarázta Brongersma. A plazmonokat szállító vezetékek ugyanúgy készülhetnek rézből vagy alumíniumból, mint azok, amik a ma számítógépes chipjeit hálózzák be.


Mark Brongersma
Brongersma rámutat, hogy mára már a vezetékek sebessége lépett elő az első számú korlátozó tényezővé. Míg a tranzisztorok kapcsolásai a kicsinyítés következtében egyre gyorsabbá válnak, az adatszállító vezetékekre ez egyáltalán nem jellemző. "Új módszerekre van szükségünk a tranzisztorok összekötéséhez" - tette hozzá.

Az új, egyszerűbb modell kifejlesztéséhez Brogresma bebizonyította, hogy egy fémcsík felszínén áthaladó plazmon intenzitási sémája megegyezik egy optikai szálon áthaladó fényével. Szerinte ez azt jelzi, hogy a fényhullámokat modellező hagyományos raytracer programok a plazmonok esetében is alkalmazhatók. A modellekre nagy szükség van egy olyan eszköz megtervezésénél, ami plazmonok sokaságát állítja elő és irányítja.

"Bármilyen a tervezést segítő előrelépés nagy jelentőséggel bír" - mondta Harry Atwater, a Caltech kutatója, bár szerinte a legnagyobb leküzdendő akadály nem a tervezésben, hanem egy a szilíciummal kompatibilis plazmonforrás megtalálásában rejlik.