Scoperta da un team italiano una nuova strada verso l’elettronica del futuro. La scoperta vede in campo un gruppo di ricerca del Politecnico di Milano e fa compiere nuovi passi avanti nell’ottica, nella fotonica e
nella tecnologia dell’informazione e, tra i possibili traguardi, potrà rendere più potenti i computer di generazione futura. Lo studio, appena pubblicato sulla prestigiosa Nature Photonics, dimostra infatti la possibilità di controllare le proprietà della luce per ottimizzare l’iniezione di carica di un materiale semiconduttore riducendo contemporaneamente la quantità di energia immessa, un risultato fondamentale per lo sviluppo futuro di dispositivi opto-elettronici. “Siamo orgogliosi di questo risultato perché costituisce il primo passo per potere pensare a dispositivi innovativi che vadano oltre quelli attuali nel campo della fotonica e dell’elettronica” commenta con l’Adnkronos Matteo Lucchini, autore di riferimento dello studio e professore associato del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano.

Insieme a Lucchini l’importante scoperta è stata realizzata da un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Fisica del PoliMi, in collaborazione con tre Istituti di ricerca del Consiglio nazionale delle ricerche – Istituto di fotonica e nanotecnologie (Cnr-Ifn), l’Istituto per la microelettronica e microsistemi (Cnr-Imm) e l’Istituto nanoscienze (Cnr-Nano). Al lavoro ha partecipato anche un gruppo di ricerca dell’Università degli Studi di Salerno. Lo studio – intitolato Field-driven attosecond charge dynamics in germanium – rappresenta un risultato senza precedenti verso la realizzazione di interruttori elettro-ottici ultraveloci tali da aumentare la velocità limite con cui si processano i dati e si codifica l’informazione.

I ricercatori hanno osservato il fenomeno dell’iniezione ultraveloce di portatori di carica in un materiale semiconduttore quale il germanio monocristallino, con tecniche spettroscopiche alla scala temporale dell’attosecondo e hanno scoperto un nuovo regime di interazione radiazione-materia dove le cariche vengono eccitate da meccanismi diversi. Questi meccanismi, spiegano i ricercatori, competono tra loro ed evolvono su scale temporali differenti, dell’ordine dei pochi milionesimi di miliardesimo di secondo.

Lucchini sottolinea che “sono risultati significativi perché la conoscenza dei processi di eccitazione indotti dalla luce nei semiconduttori permette di progettare dispositivi optoelettronici di nuova concezione che ottimizzano il rapporto tra velocità di iniezione di carica e potenza dissipata”. I ricercatori sono riusciti a districare il complesso regime di iniezione di carica su queste scale temporali estreme grazie agli esperimenti condotti presso l’Attosecond Research Center nell’ambito del progetto ERC AuDace (Attosecond Dynamics in AdvanCed matErials) e il progetto PRIN aSTAR.

Carlo Andrea Rozzi del Cnr-Nano, e co-autore dello studio, evidenzia inoltre che al Cnr-nano è stata messa a punto “una sofisticata simulazione che, partendo da principi primi, è in grado di descrivere, con un’altissima risoluzione spaziale e temporale, come si muovono le cariche eccitate dalla luce all’interno del materiale e di prevedere quali sono i meccanismi di iniezione più efficienti nei vari regimi di illuminazione”.

Attraverso simulazioni basate su avanzati modelli teorici, i ricercatori hanno dimostrato la complessa interazione tra diversi meccanismi nella risposta elettronica quanto-meccanica, mai osservata prima, con importanti implicazioni in svariati campi quali l’ottica, la fotonica e la tecnologia dell’informazione.