En kvasipartikel som färdas längs gränsytan mellan en metall och ett dielektriskt material kan vara lösningen på problem som orsakas av krympande elektroniska komponenter, enligt ett internationellt team av ingenjörer.

"Mikroelektroniska chips finns överallt idag, sade Akhlesh Lakhtakia, Evan Pugh University professor och Charles Godfrey Binder professor i ingenjörsvetenskap och mekanik, Penn State. "Fördröjningstid för signalutbredning i metalltrådsanslutningar, elektrisk förlust i metaller som leder till temperaturhöjning, och överhörning mellan angränsande sammankopplingar som härrör från miniatyrisering och förtätning begränsar hastigheten för dessa chips."

Dessa elektroniska komponenter finns i våra smartphones, tabletter, datorer och säkerhetssystem och de används i sjukhusutrustning, försvarsanläggningar och vår transportinfrastruktur.

Forskare har utforskat en mängd olika sätt att lösa problemet med att ansluta olika miniatyriserade komponenter i en värld av ständigt krympande kretsar. Medan fotonik, användningen av ljus för att transportera information, är attraktiv på grund av sin hastighet, detta tillvägagångssätt är problematiskt eftersom vågledarna för ljus är större än nuvarande mikroelektroniska kretsar, vilket gör kopplingar svåra.

En pulsmodulerad SPP-våg som rör sig åt höger, styrs av gränssnittet mellan ett dielektriskt material (ovan) och en metall (nedan), plötsligt stöter på ersättningen av det dielektriska materialet med luft. Det mesta av energin överförs till luft/metall-gränssnittet men en del reflekteras till dielektriskt/metall-gränssnittet. Videon sträcker sig över 120 femtosekunder.

Forskarna rapporterar i ett färskt nummer av Vetenskapliga rapporter att "signalen kan resa långa sträckor utan betydande förlust av trohet, " och att "signaler möjligen kan överföras av SPP-vågor över flera tiotals mikrometer (luft) i mikroelektroniska chips."

De noterar också att beräkningar indikerar att SPP-vågor kan överföra information runt ett konkavt hörn - en situation, tillsammans med luftgap, som är vanligt i mikrokretsar.

SPP är ett gruppfenomen. Dessa kvasipartiklar färdas längs gränsytan mellan en ledande metall och ett dielektrikum – ett icke-ledande material som kan stödja ett elektromagnetiskt fält – och på en makroskopisk nivå, framstå som en våg.

Enligt Lakhtakia, SPP är det som ger guld dess speciella skimrande glans. En yteffekt, under vissa förhållanden kan elektroner i metallen och polariserade laddningar i det dielektriska materialet agera tillsammans och bilda en SPP-våg. Denna våg, styrd av gränsytan mellan de två materialen kan fortsätta att fortplanta sig även om metalltråden har ett brott eller det dielektriska metallgränssnittet upphör abrupt. SPP-vågen kan färdas i luften under några tiotals mikrometer eller motsvarande 600 transistorer som läggs i en 14 nanometers teknikchip.

SPP-vågor färdas också bara när de är i närheten av gränssnittet, så de producerar inte överhörning.

Problemet med att använda SPP-vågor för att designa kretsar är att medan forskare vet experimentellt att de existerar, fenomenets teoretiska underlag var mindre definierade. Maxwell -ekvationerna som styr SPP -vågor täcker kontinuum av frekvenser och är komplicerade.

"Istället för att lösa Maxwell-ekvationerna frekvens för frekvens, som är opraktisk och benägen till försvagande beräkningsfel, vi tog flera ögonblicksbilder av de elektromagnetiska fälten, sa Lakhtakia.

Dessa ögonblicksbilder, ihoptränade, bli en film som visar utbredningen av den pulsmodulerade SPP-vågen.

"Vi studerar svåra problem, ", sa Lakhtakia. "Vi studerar problem som var olösliga för 10 år sedan. Förbättrade beräkningskomponenter förändrade vårt sätt att tänka på dessa problem, men vi behöver fortfarande mer minne."