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El dispositivo, llamado fotodetector de avalancha nanofotónico, es el más rápido de su clase y podrían permitir avances en la computación eficiente energéticamente que pueden tener implicaciones importantes para el futuro de la electrónica.

El dispositivo de IBM analiza el «efecto avalancha» en el germanio, un material utilizado actualmente en la producción de chips  microprocesadores. Análogo a una avalancha de nieve en una pendiente empinada de una  montaña, un pulso de luz entrante inicialmente libera sólo unos pocos portadores de carga que a su vez impulsan a liberar a otros hasta que la señal original se amplifica muchas veces. Los fotodetectores de avalancha convencionales no son capaces de detectar señales ópticas rápidas porque la avalancha se construye lentamente.

«Esta tecnología ofrece la visión de un chip en las interconexiones ópticas mucho más cerca de la realidad», dijo el Dr. TC Chen, vicepresidente de Ciencia y Tecnología de IBM Research. «Con las comunicaciones ópticas incrustadas en los chips de procesadores, la posibilidad de poder construir sistemas informáticos eficientes con un rendimiento a nivel Exaflop no puede ser un futuro muy lejano».

La célula fotoeléctrica de avalancha mostrada por IBM es el dispositivo más rápido del mundo en su género.  Puede recibir señales de información óptica a 40 Gbps (mil millones de bits por segundo) al mismo tiempo que se multiplican por diez. Además, el dispositivo funciona con sólo suministrar una tensión de 1,5 V, 20 veces menor que las pruebas  anteriores. Así, muchos de estos pequeños dispositivos de comunicación podría ser alimentado por sólo una pequeña pila de tamaño AA, mientras que los fotodetectores de avalancha tradicionales requieren fuentes de alimentación de 20-30V.

«Esta importante mejora en el rendimiento es el resultado de la manipulación de las propiedades ópticas y eléctricas en la escalas de apenas unas pocas decenas de átomos para lograr un rendimiento mucho más allá de los límites aceptados,» dijo el Dr. Assefa, el autor principal del artículo. «Estos pequeños dispositivos son capaces de detectar los pulsos de luz muy débil, ampliándolos con un ancho de banda sin precedentes, y además con  un mínimo de ruido no deseado».

En el dispositivo de IBM, la multiplicación de avalancha se lleva a cabo en tan sólo unas pocas decenas de nanómetros (milésimas de milímetro), que pasa muy rápido. El pequeño tamaño también significa que el ruido de la multiplicación es suprimido por el 50% – 70% con respecto a los fotodetectores de avalancha convencionales. El dispositivo de IBM está hecho de silicio y germanio, materiales ampliamente utilizados en la producción de chips de microprocesadores. Por otra parte, se hace con procesos estándar que se utiliza en la fabricación de chips. Así, miles de estos dispositivos puede ser construidos junto con transistores de silicio de  ancho de banda elevado y chips de comunicaciones ópticas.

El logro  del Fotodetector, de Avalancha es el último de una serie de informes anteriores de IBM Research, es la última pieza del rompecabezas que completa el desarrollo de la caja de herramientas «nanofotónica» de los dispositivos necesarios para construir las interconexiones en el chip.

In December 2006, IBM scientists demonstrated silicon nanophotonic delay line that was used to buffer over a byte of information encoded in optical pulses – a requirement for building optical buffers for on-chip optical communications. En diciembre de 2006, científicos de IBM demostraron líneas de silicio nanofotónico que se ha utilizado para almacenar (buffer)  un byte de información codificada en pulsos ópticos – un requisito para la construcción de «buffers» ópticos en un chip, para comunicaciones ópticas.

En diciembre de 2007, científicos de IBM anunciaron el desarrollo de un diseño ultra-compacto de un modulador de silicio electro-óptico, que convierte las señales eléctricas en pulsos de luz, un requisito previo para habilitar un chip de comunicaciones ópticas.

En marzo de 2008, los científicos de IBM anunciaron el interruptor nanofotónico más pequeño del mundo  para «dirigir el tráfico» en comunicaciones en un chip óptico, asegurando que los mensajes ópticos puede ser enrrutados de manera eficiente.

Más información: “Reinventing Germanium Avalanche Photodetector for Nanophotonic On-chip Optical Interconnects,” by Solomon Assefa, Fengnian Xia, and Yurii Vlasov of IBM’s T.J. Watson Research Center in Yorktown Heights, N.Y. is publicado en marzo 2010 en la revista Nature.

Fuente: PHYSORG.COM