Διακόπτης υγρού φωτός φέρνει επανάσταση

Έλληνες ερευνητές του Ινστιτούτου Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ (ΙΗΔΛ) του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ), σε συνεργασία με ερευνητές του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ και του Μεξικού, δημιούργησαν ένα νέου τύπου διακόπτη που ελέγχεται με πρωτόγνωρα χαμηλή ενέργεια και λειτουργεί με μία νέα κατάσταση υγρού φωτός, τα πολαριτόνια. Διακόπτες αυτού του τύπου μπορεί να αποτελέσουν τη βάση για τα ηλεκτρονικά του μέλλοντος.

Η νέα μικροσκοπική συσκευή κατασκευάστηκε στα εργαστήρια του ΙΤΕ-ΙΗΔΛ, στην ομάδα Μικροηλεκτρονικής, υπό την επίβλεψη του Καθ. Π. Σαββίδη και της ομάδας του, και η συμπεριφορά της αναλύθηκε σε συνεργασία με ερευνητές του Κέιμπριτζ στο Ηνωμένο Βασίλειο. Η διάταξη είναι ένας ηλεκτρο-οπτικός διακόπτης του οποίου η κατάσταση στροφορμής (σπιν) αλλάζει με την εφαρμογή ενός μικρού παλμού τάσης.

Οι σημερινές ηλεκτρονικές διατάξεις χρησιμοποιούν ηλεκτρικά φορτία για την εσωτερική επεξεργασία της πληροφορίας και παλμούς φωτός για την μεταφορά της (οπτικές ίνες κ.λ.π). Καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται, η ανάγκη για ταχύτερα και πιο αποδοτικά ηλεκτρονικά οδηγεί στα όρια την υπάρχουσα τεχνολογία που βασίζεται σε τρανζίστορ (ηλεκτρικούς διακόπτες) που ελέγχουν φορτία, τάσεις και ρεύματα, με αποτέλεσμα οι επιστήμονες να αναζητούν εναλλακτικές οδούς για να αντικαταστήσουν τα φορτία ως φορείς πληροφορίας στα ολοκληρωμένα κυκλώματα. Για τη μεταφορά της πληροφορίας σε μεγαλύτερες αποστάσεις, χρησιμοποιούνται παλμοί φωτός (οπτικές ίνες). Η τεχνολογία αυτή, η οποία απαιτεί πομπούς και δέκτες φωτός αλλά και συνδυασμό των δύο τεχνολογιών (ηλεκτρισμού και οπτικών ινών), είναι πολύπλοκη και με υψηλό κόστος.

Συμπύκνωμα πολαριτονίων εκπέμπει φως πολωμένο δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα ανάλογα με το ηλεκτρικό πεδίο που εφαρμόστηκε τελευταίο στην νέα συσκευή Credit: AlexanderDreismann

Ανάμεσα στο φως και στους ηλεκτρικούς φορείς υπάρχει μια κατάσταση της ύλης, μείγμα ουσιαστικά των δύο, με μοναδικές ιδιότητες. Τα πολαριτόνια, όπως ονομάζονται, έχουν ιδιότητες τόσο σωματιδίων όσο και φωτός. Μια μοναδική τους ιδιότητα είναι π.χ. ότι σχηματίζουν συμπυκνώματα “Bose-Einstein”. Σε αυτή την μορφή το πολαριτόνιο είναι σαν φως σε υγρή μορφή, και ο έλεγχός του μπορεί να γίνει εφαρμόζοντας τάσεις όπως ακριβώς στα φορτία. Σε αυτή την μορφή, η στροφορμή του συμπυκνώματος μπορεί να ελεγχθεί (δεξιόστροφη ή αριστερόστροφη) με την εφαρμογή μιας μικρής τάσης στη διάταξη που έχει μέγεθος μερικών μικρομέτρων. Η επιτυχία της μεθόδου είναι πολυδιάστατη καθώς το αποτέλεσμα έχει τη μορφή φωτός, ενώ η αλλαγή από αριστερόστροφο σε δεξιόστροφο συμπύκνωμα επιτυγχάνεται με πολύ μικρή ενέργεια.

Ο Αναπληρωτής Καθηγητής του Τμήματος Επιστήμης και Τεχνολογίας Υλικών του Πανεπιστημίου Κρήτης και Ερευνητής στο Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας Παύλος Σαββίδης που ηγείται της Ελληνικής ομάδας, είπε μεταξύ άλλων: “Αν και η πρωτότυπη συσκευή λειτουργεί σε χαμηλές θερμοκρασίες, ήδη αναπτύσσουμε παρόμοιες διατάξεις με υλικά που έχουν παρόμοια συμπεριφορά σε θερμοκρασίες δωματίου. Στόχος είναι η εμπορική εκμετάλλευση της τεχνολογίας τα επόμενα χρόνια. Ήδη γνωρίζουμε πώς να κατασκευάσουμε μεγάλους αριθμούς τέτοιων διατάξεων σε ένα μικροσκοπικό κύκλωμα ακριβώς όπως τα σημερινά ηλεκτρονικά – αυτό μας δίνει μεγάλο πλεονέκτημα.”

“Ο διακόπτης αυτός ουσιαστικά συγκεντρώνει τις καλύτερες ιδιότητες τόσο των ηλεκτρονικών όσο και των οπτικών διατάξεων που χρησιμοποιούνται σήμερα στην μορφή μιας μικροσκοπικής συσκευής” ανέφερε ο Alexander Dreisman, πρώτος συγγραφέας της εργασίας που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Materials.

Η ερευνητική ομάδα ήδη αναζητά επιλογές για την εμπορική εκμετάλλευση της τεχνολογίας στο προσεχές μέλλον.