Incontro con Yuan Lu, ricercatore dell’Istituto Jean Lamour (CNRS/Université de Lorraine) e coordinatore del progetto europeo SpinDataCom, recentemente selezionato dalla Commissione Europea nell’ambito dell’EIC Pathfinder.
Questo ambizioso progetto, che riunisce partner accademici e industriali di quattro paesi europei, mira a rivoluzionare le comunicazioni terrestri e spaziali combinando spintronica e laser a semiconduttore. Con potenziali applicazioni che vanno dal miglioramento dei servizi GPS alla riduzione del consumo energetico dei data center, SpinDataCom sta aprendo la strada a una nuova era della tecnologia delle comunicazioni. Yuan Lu ci svela le problematiche, le sfide e le prospettive di questa straordinaria avventura scientifica.
Puoi spiegare semplicemente cos’è la spintronica e perché è importante per le comunicazioni terrestri e spaziali?
La spintronica è un campo all’avanguardia che studia le proprietà magnetiche degli elettroni, chiamate “spin”. Possiamo immaginare gli elettroni come piccoli magneti, dotati di carica e spin, che possono essere orientati “su” o “giù”. La spintronica si occupa di come questa rotazione influenza l’elettricità mentre si muove attraverso i materiali Attualmente, per le comunicazioni ottiche, utilizziamo molta energia modulando l’intensità della luce per trasmettere dati. La spintronica permetterebbe di modulare la polarizzazione circolare della luce, che consuma molta meno energia e potrebbe rendere le trasmissioni di dati più veloci ed efficienti, soprattutto su lunghe distanze, come tra la Terra e Marte. Anche se pochi fotoni raggiungono la loro destinazione, la loro polarizzazione potrebbe comunque portare informazioni importanti.
Che cosa mira principalmente a raggiungere questo progetto e come potrebbe cambiare il modo in cui comunichiamo?
Il nostro progetto, SpinDataCom, mira a sviluppare un nuovo tipo di laser in grado di cambiare rapidamente la polarizzazione della luce. Ciò consentirebbe trasmissioni di dati più veloci ed efficienti, sia sulla Terra che nello spazio. Utilizzando un effetto chiamato effetto spin-Hall, controlliamo elettricamente le proprietà magnetiche di uno strato speciale posto sopra i laser, che modifica lo spin degli elettroni iniettati nel laser. Questo cambiamento di spin influenza la polarizzazione della luce, consentendo la trasmissione dei dati ad altissima velocità.
Perché questo progetto è particolarmente innovativo rispetto alle tecnologie attuali?
Le attuali tecnologie si basano sulla modulazione dell’intensità della luce per trasmettere informazioni, che presenta limitazioni in termini di velocità e consumo energetico. Il nostro metodo, che invece modula la polarizzazione della luce, consente velocità molto più elevate – fino a 1 terahertz (THz) o 1.000 GHz. Inoltre, il nostro sistema utilizza molta meno energia perché l’intensità della luce rimane costante, indipendentemente dalla velocità con cui moduliamo la polarizzazione. Ciò rende il nostro approccio fino a 10 volte più efficiente dal punto di vista energetico rispetto ai laser convenzionali.
Puoi fornire esempi concreti di come questa tecnologia potrebbe apportare benefici alla società, come il GPS o i data center?
Questa tecnologia potrebbe migliorare significativamente la precisione del GPS, rendendo possibile la localizzazione dei dispositivi anche all’interno degli edifici. Potrebbe anche aumentare la velocità di trasmissione dei dati tra i satelliti e la Terra. Ad esempio, i satelliti attualmente comunicano a velocità di pochi gigahertz (GHz), ma con la nostra tecnologia laser a rotazione potremmo aumentare questa velocità di 100. Ciò ridurrebbe la necessità di un gran numero di satelliti e aiuterebbe a gestire i detriti spaziali. Nei data center, questa comunicazione più veloce potrebbe portare a una significativa riduzione del consumo energetico e dei costi di raffreddamento, soddisfacendo al tempo stesso la crescente domanda di servizi Internet.
Quali sono le principali sfide scientifiche o tecniche che prevedete in questo progetto?
Ci sono tre grandi sfide:
- Controlla efficacemente la polarizzazione della luce utilizzando la rotazione.
- Garantire che questo controllo avvenga a velocità molto elevate richiederà un’attenta progettazione dei componenti del laser.
- Studia quanto velocemente possiamo modulare la polarizzazione della luce per comprendere i potenziali limiti di velocità.
In che modo questo progetto potrebbe contribuire a risolvere i problemi ambientali, come la riduzione del consumo energetico nei data center?
I data center consumano moltissima energia: entro il 2030 potrebbero rappresentare l’8% del consumo elettrico globale. I nostri laser rotanti utilizzano fino a 10 volte meno energia rispetto ai laser attuali trasmettendo i dati più velocemente. Ciò significa che i data center richiederanno meno raffreddamento e consumeranno meno energia, riducendo il loro impatto ambientale complessivo.
Quanto è importante collaborare con partner industriali come Thales?
La collaborazione con l’industria è essenziale perché ci aiuta a tradurre le nostre scoperte scientifiche in applicazioni nel mondo reale. Ad esempio, Thales Research & Technology ci aiuterà a sviluppare sistemi laser spin che possono essere utilizzati nelle comunicazioni spaziali. Un altro partner, VIS (Vertical Integrated Systems, Germania), si concentrerà sull’adattamento della nostra tecnologia per l’uso nei data center. Queste partnership garantiscono che il nostro lavoro abbia un percorso chiaro dal laboratorio al mercato. Quale potrebbe essere la prima applicazione pratica di questa tecnologia nella vita di tutti i giorni? La prima applicazione pratica sarebbe probabilmente nei data center. I nostri laser più veloci ed efficienti dal punto di vista energetico potrebbero migliorare il modo in cui i server comunicano tra loro. Ciò renderebbe i data center più efficienti e ridurrebbe i costi energetici.
Come vedi l’evoluzione di quest’area dopo la fine del progetto?
Entro la fine del progetto, prevediamo di aver sviluppato un prototipo della nostra tecnologia laser spin. Ciò ci consentirà di iniziare a lavorare con i clienti, perfezionando l’elettronica e stabilendo standard per questa tecnologia. Questi sono i passaggi chiave per portare la nostra innovazione sul mercato.
Quale messaggio vuoi trasmettere al grande pubblico riguardo all’importanza della ricerca fondamentale per innovazioni come questa?
La ricerca di base è essenziale per le scoperte tecnologiche. Spesso ci vogliono anni di lavoro per trasformare un concetto scientifico in qualcosa di utilizzabile nella vita reale. Ad esempio, lavoriamo sul concetto di spin-LED da più di 15 anni e solo ora siamo pronti ad applicarlo nella pratica. Progetti come SpinDataCom mostrano come la ricerca fondamentale sia cruciale per far avanzare la tecnologia a beneficio della società.
Vorresti aggiungere qualcosa?
SÌ. Desidero esprimere la mia gratitudine al Servizio Partenariato e Valorizzazione (SPV) per il loro aiuto nella realizzazione di questo progetto. La nostra proposta è stata presentata tre volte: le prime due da Typhanie Roy (CNRS Alsace) e la terza da Oriane Marchal e Justine Rietsch (CNRS Centre-Est). Durante tutta la preparazione abbiamo avuto molte discussioni produttive che hanno migliorato significativamente la qualità delle proposte. Hanno portato anche ottime idee, in particolare per la sezione sull’impatto. Sono anche grato a loro per il loro aiuto in tutti i compiti amministrativi (riempire le informazioni sul sito, contattare i partner per il budget, ecc.), che mi hanno permesso di concentrarmi sugli aspetti scientifici. Senza il loro duro lavoro, questo progetto non sarebbe stato possibile.
Fonte : Delegazione Centro-Est del CNRS
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