TESTI PARALLELI – Fare luce sui segreti dei nanoprocessori

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Data documento:  19-10-2016

 

Shedding light on the secrets of nano-sized processors
Fare luce sui segreti dei nanoprocessori

EU-funded researchers have successfully filmed light and electrons coupled together as they travel undercover through nano-sized processors.
Ricercatori finanziati dall’UE sono riusciti a filmare la luce e gli elettroni accoppiati mentre viaggiano sotto copertura attraverso nano processori.

When light couples to electrons on a surface, their concerted motion can travel as a wave guided by the surface geometry itself.
Quando la luce viene accoppiata a degli elettroni su una superficie, il loro moto concertato può viaggiare come un’onda guidata dalla geometria stessa della superficie.

Known as ‘surface plasmons’, these waves could impact the development of telecommunications and computing as in the future data will likely be processed using light instead of electricity.
Conosciute come “plasmon di superficie”, queste onde possono avere un impatto sullo sviluppo delle telecomunicazioni e del calcolo poiché in futuro i dati saranno probabilmente elaborati usando la luce invece dell’elettricità.

Not only is the use of light more energy-efficient than electricity, it also allows developers to reduce the processors’ size to the nanoscale – a necessary step in the quest to build high-resolution sensors and nano-sized signal processing systems.
L’uso della luce non è solo più efficiente dal punto di vista energetico rispetto all’elettricità, permette anche agli sviluppatori di ridurre le dimensioni del processore alla nanoscala – un passo necessario per costruire sensori ad alta risoluzione e sistemi di elaborazione del segnale in nanoscala.

>>> The challenge, however, is that to build these nano-sized processors we must first be able to stack different layers of advanced materials and track the guided light as it travels across the layers.
La difficoltà però è che per costruire questi nano processori dobbiamo prima essere in grado di impilare diversi strati di materiali avanzati e seguire la luce guidata quando viaggia attraverso tali strati.

Unfortunately, scientists have not been able to accomplish this – until now.
Sfortunatamente gli scienziati non sono ancora riusciti a ottenere questo – fino ad ora.

According to a recent study published by the journal ‘Nature Communications,’ researchers have reached a breakthrough for future optical-electronic hybrid computers.
Secondo un recente studio pubblicato dalla rivista “Nature Communications”, i ricercatori hanno raggiunto un punto di svolta per i futuri computer ibridi ottici-elettronici.

Scientists from the Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), working via the EU-funded TRUEVIEW and USED projects, developed an ultrafast technique capable of tracking light and electrons as they travel through a stacked, nanostructured surface.
Gli scienziati dall’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), impegnati nei progetti TRUEVIEW e USED, finanziati dall’UE, hanno sviluppato una tecnica ultraveloce in grado di seguire la luce e gli elettroni quando viaggiano attraverso una superficie impilata e nanostrutturata.

Ground-breaking work
Lavoro rivoluzionario

The USED project focused on the understanding and control of material properties at the atomic level.
Il progetto USED si è concentrato sulla comprensione e il controllo delle proprietà dei materiali a livello atomico.

The project was the first to successfully implement an ultrafast Transmission Electron Microscope (TEM) based on a new design that enables an unprecedented time resolution and sensitivity to magnetic contacts.
Il progetto è stato il primo a implementare con successo un microscopio elettronico a trasmissione (Transmission Electron Microscope, TEM) ultraveloce basato su un nuovo design che permette una risoluzione temporale e una sensibilità ai contatti magnetici senza precedenti.

A TEM is an advanced telescope that allows the user to take femtosecond snapshots of materials with the atomic resolution guaranteed by high-energy electrons.
Un TEM è un telescopio avanzato che permette all’utente di produrre immagini istantanee al femtosecondo di materiali con la risoluzione atomica garantita da elettroni ad alta energia.

By confining an electromagnetic field on the surface of one single nanowire and imaging its properties in space and energy, the USED-designed TEM takes a snapshot of light itself, simultaneously revealing its quantum and classical nature.
Configurando un campo elettromagnetico sulla superficie di un singolo nano-filo e creando un’immagine delle sue proprietà in spazio ed energia, il TEM progettato da USED fa un’istantanea della luce stessa, rivelando simultaneamente la sua natura quantica e classica.

TRUEVIEW, on the other hand, successfully unravelled the working principles of nanoscale-confined optical waves and the manipulation of light in optoelectronic nanostructures.
TRUEVIEW, dall’altra parte, è riuscito a mostrare i principi di funzionamento di onde ottiche confinate in nanoscala e la manipolazione della luce in nano strutture optoelettroniche.

By implementing innovative electron imaging techniques to directly visualise and characterise photonic and plasmonic nanostructures in both space and time with nanometer and femtosecond resolution, the project successfully established the field of ultrafast electron microscopy within the European research community.
Implementando innovative tecniche di imaging elettronico per visualizzare direttamente e caratterizzare le nano strutture fotoniche e plasmoniche sia nello spazio che nel tempo con una risoluzione al nanometro e al femtosecondo, il progetto ha affermato il settore della microscopia elettronica ultraveloce all’interno della comunità europea della ricerca.

Lights, camera, nano-action
Luci, motore, nano-azione

Combined with the USED designed TEM, the two projects laid the groundwork for an array of optoelectronic applications, including the ultrafast technique for tracking light and electrons across stacked nanostructured surfaces.
Insieme al TEM progettato da USED, i due progetti hanno gettato le fondamenta per una serie di applicazioni optoelettroniche, tra cui la tecnica ultraveloce per seguire la luce e gli elettroni attraverso superfici impilate nano strutturate.

The process includes a tiny antenna array consisting of an extremely thin membrane of silicon nitride, which is then covered with an even thinner film of silver.

Il processo comprende una piccolissima antenna a rete che consiste in una membrana sottilissima di azoturo di silicio, che viene coperta con una pellicola ancora più sottile di argento.

The array’s surface is full of nano-holes, which serve as antennas and allow plasmons to travel across its interface.
La superficie della rete è piena di nano buchi, che sevono da antenne e permettono ai plasmon di viaggiare attraverso la sua interfaccia.

These antennas are then lit up by firing ultrafast laser pulses onto the array, followed by ultrashort electron pulses fired across the multilayer stack.
Queste antenne sono poi sollevate sparando impulsi laser ultraveloci sulla rete, seguiti da impulsi di elettroni ultrabrevi sparati attraverso la pila multistrato.

This process allows scientists to map the plasmons radiated by the antennas at the interface between the silver film and the silicon nitride membrane.
Questo processo permette agli scienziati di mappare i plasmon irradiati dalle antenne all’interfaccia tra la pellicola d’argento e la membrana di nitrato di silicio.

By using the ultrafast PINEM technique, scientists are actually able to film the propagation of the guided light and read its spatial profile across the film.
Usando la tecnica PINEM ultraveloce, gli scienziati possono realmente filmare la propagazione della luce guidata e leggere il suo profilo spaziale attraverso la pellicola.

In a sense, the USED and TRUEVIEW breakthrough gives scientists the ability to see through walls – and from here they can design the confined plasmonic fields in multi-layered structures that are needed for the development of optoelectronic devices.
In un certo senso, la svolta operata da USED e TRUEVIEW dà agli scienziati la possibilità di vedere attraverso i muri – e a partire da questo possono progettare i campi plasmonici confinati in strutture multi-strato che sono necessari per lo sviluppo di dispositivi optoelettronici.

For more information please see:
Per maggiori informazioni, consultare:

Laboratory for Ultrafast Microscopy and Electron Scattering Lumes website
Sito web del Lumes – Laboratory for Ultrafast Microscopy and Electron Scattering

Source: Based on information from the projects and press releases
Fonte: Sulla base di informazioni diffuse dal progetto e segnalazioni dei media