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ELETTRONICA/ Se si sforza, il germanio diventa laser (per Pc più veloci)

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"ponti" di germanio (Paul Scherrer Institute)  "ponti" di germanio (Paul Scherrer Institute)

La fabbricazione di micro-ponti di germanio aumenta la deformazione del materiale mettendolo in grado di emettere luce laser.

Il germanio non sarebbe adatto come sorgente laser ma se viene sottoposto a elevati sforzi di tipo tensile avviene una modificazione dei livelli elettronici responsabili dell’emissione laser e può emettere molta più radiazione luminosa di quanto non avvenga col materiale in deformato; certo, le forze da applicare sono enormi: pari a circa 300.000 kg per centimetro quadrato, equivalenti allo sforzo che un solo dito dovrebbe sostenere per sollevare un Tir.

Ma questo non ha scoraggiato i gruppi di scienziati italo-svizzeri che hanno ottenuto l’importante risultato ò pubblicato sull’ultimo numero di Nature Photonics – e che promette grandi vantaggi nei processi di produzione dei microprocessori e quindi per il futuro dei computer. Ne abbiamo parlato con Giovanni Isella, ricercatore del Politecnico di Milano (polo di Como), uno degli autori della ricerca.

Cosa c’entrano i laser con i microprocessori dei computer?

Riguardano la possibilità di continuare a utilizzare l’elettronica al silicio e allo stesso tempo aumentare le performance dei dispositivi. Siamo ormai arrivati ai limiti fisici dei microprocessori: più piccoli non si può, proprio per fenomeni fisici legati alla meccanica quantistica.

Quello che si può fare, e in parte già si fa, è avere più processori in un computer: già ora i nostri laptop hanno due o quattro processori; la prospettiva per i prossimi anni è che diventino decine o addirittura centinaia.

Il problema allora sarà come connetterli: attualmente i quattro processori dei più moderni Pc comunicano tramite piste di rame che però, come è noto, hanno problemi di dissipazione di energia e di lentezza nella trasmissione del segnale. L’idea innovativa è di farli comunicare mediante uno strato fotonico: un processore trasforma l’informazione da elettronica in luminosa, in pratica in un impulso laser, che viaggia senza i due problemi suddetti; una volta giunta all’altro processore l’informazione fotonica viene ritrasformata in elettronica.

È una tecnologia denominata Optical Interconnect e i big dell’informatica, da Intel a Ibm e tutti gli altri, stanno pensando seriamente a questo tipo di soluzione per aumentare le prestazioni dei computer.

Perché avete pensato proprio al germanio?

Di per sé il germanio non è un buon materiale per fare laser; infatti i laser a stato solido dei dispositivi attuali sono generalmente realizzati con arseniuro di gallio o comunque con leghe di semiconduttori del gruppo III-V. Tuttavia questi materiali non possono essere integrati su silicio in modo semplice; quindi il tentativo che si sta facendo è utilizzare un materiale come il germanio, dotato di compatibilità col silicio (stanno nello stesso gruppo della tavola periodica).

Nel suo stato naturale il germanio non è in grado di emettere luce laser ma applicandogli una forza sufficientemente elevata, deformandolo e cambiando la simmetria del cristallo il materiale assume la proprietà emissiva.

È un po’ come, mi si passi il proverbio, cavare il sangue dalle rape, ma è l’unico modo oggi conosciuto per ottenere le alte prestazioni mantenendo la compatibilità con gli attuali semiconduttori e tutta la relativa infrastruttura produttiva.

Quindi in cosa consiste la scoperta dei vostri gruppi?



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