PISA - Il futuro delle telecomunicazioni e della trasmissione dei dati ad altissima capacità passa dal grafene e dal contributo dell’Italia. Si tratta di un innovativo dispositivo fotonico utilizzato per la conversione dei dati elettronici in dati ottici in maniera estremamente efficiente, attraverso l’utilizzo del grafene, le cui peculiari proprietà fisiche possono aggiungere funzionalità ai nuovi dispositivi realizzando prestazioni finora irraggiungibili. Descritto su Nature Photonic, il dispositivo è stato realizzato dal gruppo di ricerca congiunto tra Istituto TeCIP (Tecnologie della Comunicazione, Informazione, Percezione) della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa e Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Telecomunicazioni (CNIT).
Il nuovo dispositivo ha dimensioni di circa mezzo millimetro, è potenzialmente compattabile fino a un decimo di millimetro ed è basato su micro-fotonica in silicio (la cosiddetta «Silicon Photonics») e un singolo strato di grafene, strato monoatomico di carbonio con spessore inferiore al miliardesimo di metro. A fronte della sempre più crescente digitalizzazione delle imprese, lo sviluppo di una tecnologia di questo tipo potrebbe facilitare ulteriormente l’automazione aziendale.
I sistemi di trasmissione in fibra ottica hanno permesso lo sviluppo di internet garantendo una costante crescita a costi invariati se non decrescenti per gli utenti. I sistemi in fibra ottica che utilizzano la luce come mezzo per il trasporto dei dati si sono affermati dagli anni ’80 del XX secolo come gli strumenti più efficienti per realizzare le reti di telecomunicazione ad alta capacità, alla base della rivoluzione informatica degli ultimi 30 anni. Processori e memorie elettroniche sempre più potenti hanno consentito la manipolazione di una quantità crescente di dati, che ha portato allo sviluppo della moderna società dell’informazione. Questo sviluppo non sarebbe stato possibile senza il costante sviluppo delle tecnologie e dei sistemi di trasmissione, diventati sempre più performanti grazie alle innovazioni nel campo delle comunicazioni ottiche.
Oggi, infatti, i sistemi di trasmissione ottici sono utilizzati non soltanto per realizzare le grandi reti geografiche che collegano città, stati e continenti e le reti metropolitane o di accesso, la nota «fibra» che arriva nelle case degli utenti, ma anche per interconnettere al loro interno i datacenter e i supercomputer, che sono alla base del cloud-computing, deisocial network, degli shop online. Per questo motivo è importante sviluppare dispositivi sempre più integrati, compatti, e che presentino un ridotto consumo energetico.
La progressiva adozione di tecnologie ottiche per connessioni dati - sempre più ridotte in termini di distanze, via via che queste tecnologie si rendono disponibili e dimostrano una convenienza di prestazioni e costi - porterà in un prossimo futuro a utilizzarle all’interno dei calcolatori elettronici per interconnettere gli elementi base dei computer come i processori, le memorie e le periferiche. Questo porterà ad un elevato aumento delle prestazioni complessive dei dispositivi elettronici e sarà reso possibile soltanto grazie all’integrazione fotonica e alla corrispondente riduzione delle dimensioni e dei consumi dei dispositivi.
La ricerca condotta dal gruppo misto Sant’Anna - CNIT ha evidenziato come sia promettente in questo contesto lo sviluppo di componenti in silicio con l’utilizzo del grafene. È possibile infatti realizzare nuovi dispositivi di questo tipo utilizzando le stesse infrastrutture e gli stessi processi tecnologici usati per produrre i componenti microelettronici, quindi senza grandi ulteriori costi di sviluppo. Le peculiari proprietà fisiche del grafene - materiale compatibile con queste tecnologie, economico, e particolarmente performante - possono aggiungere funzionalità ai nuovi dispositivi realizzando prestazioni finora irraggiungibili.
«Il modulatore ottico di fase, la cui funzionalità è stata dimostrata recentemente, insieme agli altri nuovi componenti che utilizzano il grafene, può diventare un tassello essenziale per lo sviluppo delle piattaforme di telecomunicazione e dati ad altissima densità e velocità, necessari per sostenere il tumultuoso aumento delle trasmissioni richiesto dalle nuove piattaforme legate al 5G, lo ‘smart manufacturing’ (la ‘quarta rivoluzione industriale’) e l’Internet delle cose», dichiara Giampiero Contestabile, ricercatore all’Istituto TeCIP (Tecnologie della Comunicazione, Informazione, Percezione) della Scuola Superiore Sant’Anna e co-autore dell’articolo su Nature Photonics.
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