Ερευνητές του Πανεπιστημίου Κέμπριτζ στη Βρετανία και του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ) στην Κρήτη δημιούργησαν ένα πρωτοποριακό μικροσκοπικό οπτοηλεκτρονικό διακόπτη.

Η συσκευή μπορεί να αλλάξει τη στροφορμή μιας «υγρής» μορφής φωτός και, καθώς γεφυρώνει το κενό ανάμεσα στο φως και στον ηλεκτρισμό, θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για την ανάπτυξη ακόμη πιο γρήγορων και μικρότερων «τσιπ». Θα πρόκειται για μια νέα γενιά ηλεκτρονικών, που μπορούν πλέον να βασίζονται σε αυτό το -«ρευστό» σαν ρεύμα- φως.

Μέχρι σήμερα υπάρχει μια θεμελιώδης διαφορά ανάμεσα στο πώς γίνεται η επεξεργασία των πληροφοριών και πώς αυτές μεταδίδονται. Για την επεξεργασία χρησιμοποιούνται ηλεκτρικά φορτία μέσα σε τσιπ ημιαγωγών, ενώ για την μετάδοση χρησιμοποιούνται παλμοί φωτός μέσα σε οπτικές ίνες. Οι τωρινές μέθοδοι μετατροπής των οπτικών σημάτων σε ηλεκτρικά και αντίστροφα θεωρούνται αργές, γι’ αυτό αναζητούνται τρόποι να «παντρευτούν».

Από την άλλη, για να γίνουν οι υπολογιστές και γενικότερα οι ηλεκτρονικές συσκευές πιο γρήγορες, πρέπει συνεχώς να ενσωματώνονται ολοένα περισσότερα τρανζίστορ (που λειτουργούν ως διακόπτες) μέσα στα «τσιπάκια». Εδώ και 50 χρόνια ο αριθμός των τρανζίστορ σε ένα τσιπ διπλασιάζεται κάθε περίπου δύο χρόνια (ο λεγόμενος «νόμος του Μουρ»), όμως όσο μικραίνουν τα τσιπάκια και τα τρανζίστορ πλησιάζουν στο φυσικό όριο σμίκρυνσής τους, τόσο πιο δύσκολο είναι να συνεχιστεί αυτή η τάση. Γι’ αυτό, αναζητούνται εναλλακτικές λύσεις, πέρα από τα ηλεκτρόνια, ως φορείς των πληροφοριών μέσα στα τσιπάκια.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον καθηγητή Τζέρεμι Μπάουμπεργκ του Κέντρου Νανοφωτονικής του Κέμπριτζ, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό για νέα υλικά “Nature Materials”, δημιούργησαν ένα εναλλακτικό διακόπτη που χρησιμοποιεί μια νέα κατάσταση της ύλης, το λεγόμενο Πολαριτονικό Συμπύκνωμα Μπόζε-Αϊνστάιν.

Τα πολαριτόνια είναι ψευδο-σωματίδια με μοναδικές ιδιότητες, μεταξύ των οποίων η συμπύκνωσή τους, όταν πολλά από αυτά συνυπάρχουν στον ίδιο μικρό χώρο, με τον ίδιο τρόπο που συμπυκνώνονται οι σταγόνες του νερού, όταν υπάρχει πολλή υγρασία (εξ ου και ο όρος «υγρό» φως). Το ρευστό αυτό φως μπορεί να κινηθεί προς τη φορά των δεικτών του ρολογιού ή αντίστροφα.

Εφαρμόζοντας ένα ηλεκτρικό πεδίο, οι επιστήμονες κατάφεραν να ελέγξουν τη φορά (στροφορμή) του συμπυκνώματος και -εν είδει διακόπτη- να το εναλλάσσουν ανάμεσα στις δύο κατευθύνσεις. Το πολαριτονικό υγρό εκπέμπει φως, επίσης προς τη φορά των δεικτών του ρολογιού ή αντίστροφα, το οποίο στη συνέχεια μπορεί να μεταδοθεί μέσω οπτικών ινών, μετατρέποντας έτσι τα ηλεκτρικά σήματα σε οπτικά.

«Ο πολαριτονικός διακόπτης ενοποιεί τις καλύτερες ιδιότητες της ηλεκτρονικής και της οπτικής σε μια μικροσκοπική συσκευή, που μπορεί να λειτουργήσει με πολύ υψηλές ταχύτητες, ενώ χρησιμοποιεί τις ελάχιστες ποσότητες ενέργειας», δήλωσε ο κύριος ερευνητής δρ Αλεξάντερ Ντράισμαν του ιστορικού Εργαστηρίου Κάβεντις του Κέμπριτζ.

Στην έρευνα συμμετείχε καθοριστικά ο Παύλος Σαββίδης, αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Επιστήμης & Τεχνολογίας Υλικών του Πανεπιστημίου Κρήτης και ερευνητής στο Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής & Λέιζερ του ΙΤΕ στο Ηράκλειο. Ο Έλληνας επιστήμονας και η ομάδα του βρίσκονται στην πρωτοπορία στη χώρα μας, όσον αφορά την έρευνα πάνω στα πολαριτόνια και τις διάφορες εφαρμογές τους στο πεδίο των οπτοηλεκτρονικών.

Προς το παρόν, ο νέος διακόπτης δουλεύει σε πολύ χαμηλές (κρυογονικές) θερμοκρασίες, αλλά ήδη οι Έλληνες και Βρετανοί ερευνητές αναπτύσσουν άλλα υλικά, που θα μπορούν να λειτουργούν σε θερμοκρασία δωματίου, ώστε η συσκευή να μπορεί να αξιοποιηθεί εμπορικά.

Ο κ. Σαββίδης δήλωσε αισιόδοξος ότι θα καταστεί εφικτή η μαζική παραγωγή του νέου διακόπτη στο εγγύς μέλλον, καθώς η δημιουργία του βασίζεται σε καθιερωμένες πλέον τεχνολογίες.

Ο Έλληνας ερευνητής αποφοίτησε από το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών το 1998 και πήρε το διδακτορικό του από το βρετανικό Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον το 2001.

Και μια άγνωστη έως τώρα μορφή του φωτός

Σε μια άλλη αξιοσημείωτη επιστημονική εξέλιξη σχετικά με το φως, ερευνητές του Imperial College του Λονδίνου, με επικεφαλής τον δρα Βιντσέντζο Τζιανίνι, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό “Nature Communications”, ανακάλυψαν ότι είναι δυνατό το φως να υπάρξει σε μια νέα μορφή, όταν σε αυτό «προσαρτάται» ένα και μοναδικό ηλεκτρόνιο, συνδυάζοντας έτσι τις ιδιότητες και των δύο.

Το συνδυασμένο φως-ηλεκτρόνιο μπορεί να έχει μοναδικές ιδιότητες, τέτοιες που θα επέτρεπαν μελλοντικά στα κυκλώματα των τσιπ να λειτουργούν πλέον με φωτόνια αντί για ηλεκτρόνια.