Tecnologia Terahertz (THZ) in fase di sperimentazione, per rete cellulare di sesta generazione (6G)

Fonte: Phys.org

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La perfetta integrazione dei collegamenti wireless nelle reti in fibra ottica è la chiave per le reti di dati ad alte prestazioni: le future reti cellulari saranno costituite da molte piccole celle radio che possono essere collegate in modo flessibile tramite collegamenti di trasmissione THz ad alte prestazioni. Al ricevitore, i segnali THz possono essere convertiti direttamente in segnali ottici con l'aiuto di modulatori plasmonici ultrarapidi e trasmessi tramite reti in fibra di vetro.

Le future reti di dati wireless dovranno raggiungere velocità di trasmissione più elevate e ritardi più brevi, fornendo al contempo un numero crescente di dispositivi terminali. A tal fine, sono necessarie strutture di rete costituite da molte piccole celle radio. Per collegare queste celle saranno necessarie linee di trasmissione (ad alte prestazioni) ad alte frequenze fino alla gamma dei terahertz (THz). Inoltre, se possibile, deve essere garantita la perfetta connessione alle reti in fibra di vetro. I ricercatori dell'Istituto di tecnologia di Karlsruhe (KIT) utilizzano modulatori elettro-ottici ultrarapidi per convertire i segnali di dati terahertz in segnali ottici. Tutti i dettagli dello studio sono riportati nell'articolo su Nature Photonics. 

Mentre la nuova tecnologia di rete cellulare 5G è già stata testata ed è pronta per le nuove applicazioni, i ricercatori stanno già lavorando su tecnologie per la prossima generazione di trasmissione dati wireless. Si tratta del "6G" (sesta generazione), il cui obiettivo è quello di raggiungere velocità di trasmissione molto più elevate, ritardi più brevi e una maggiore "densità" del dispositivo, con l'integrazione dell'intelligenza artificiale.

Sulla strada per la rete cellulare di sesta generazione (6G), molte sfide devono essere affrontate sia per quanto riguarda i singoli componenti che la loro interazione. Le future reti wireless saranno costituite da un numero di piccole celle radio per trasmettere in modo rapido ed efficiente grandi volumi di dati. Queste celle saranno collegate da linee di trasmissione, che possono gestire decine o addirittura centinaia di gigabit al secondo per collegamento. Le frequenze necessarie sono nell'intervallo dei terahertz; cioè tra le microonde e la radiazione infrarossa (nello spettro elettromagnetico). Inoltre, i percorsi di trasmissione wireless devono essere perfettamente collegati alle reti in fibra di vetro. In questo modo, verranno combinati i vantaggi di entrambe le tecnologie; ovvero: alta capacità e affidabilità, nonché mobilità e flessibilità.

Gli scienziati hanno sviluppato un approccio promettente alla conversione dei flussi di dati tra i domini terahertz e quelli ottici. Nell'esperimento sono stati utilizzati modulatori elettro-ottici ultrarapidi per convertire direttamente un segnale dati terahertz in un segnale ottico e per accoppiare direttamente l'antenna del ricevitore a una fibra di vetro. Nel loro esperimento, gli scienziati hanno selezionato un'onda portante avente una frequenza di circa 0,29 THz e hanno raggiunto una velocità di trasmissione dati di 50 Gbit / s. 

"Il modulatore si basa su una nanostruttura plasmonica e ha una larghezza di banda di oltre 0,36 THz", afferma il professor Christian Koos; per poi aggiungere: "I nostri risultati rivelano il grande potenziale dei componenti nanofotonici per l'elaborazione del segnale ultraveloce". Il concetto dimostrato dai ricercatori ridurrà considerevolmente la complessità tecnica delle future stazioni radio di base e consentirà connessioni terahertz con velocità di trasmissione dati molto elevate: sono possibili diverse centinaia di gigabit al secondo.

È giunta l'era dei transistor in 2D ! Per nanochips ultraveloci.

Fonte: Phys.org

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Per decenni, i transistor sui nostri microchip sono diventati più piccoli, più veloci ed economici. Circa ogni due anni il numero di transistor su chip commerciali è raddoppiato: questo fenomeno è diventato noto come "Legge di Moore". Ma ormai da diversi anni, la legge di Moore non regge più. La miniaturizzazione ha raggiunto un limite naturale; poiché sorgono problemi completamente nuovi quando ci si avvicina ad una scala di lunghezze di pochi nanometri. 

Ora, tuttavia, il prossimo grande passo di miniaturizzazione potrebbe presto diventare possibile - con i cosiddetti "materiali bidimensionali (2-D)" che possono consistere in un solo strato atomico. Con l'aiuto di un nuovo isolante a base di fluoruro di calcio, gli scienziati dell'Università Tecnica di Vienna (TU Wien), in Austria, hanno creato un transistor ultrasottile, che ha eccellenti proprietà elettriche e contrariamente alle tecnologie precedenti, può essere miniaturizzato a dimensioni estremamente ridotte. La nuova tecnologia è stata recentemente presentata sulla rivista Nature Electronics.

La ricerca sui materiali semiconduttori necessari per fabbricare transistor ha registrato progressi significativi negli ultimi anni. Oggi, i semiconduttori ultrasottili possono essere realizzati con materiali 2D, costituiti da pochi strati atomici. "Ma questo non è sufficiente per costruire un transistor estremamente piccolo", afferma il professor Tibor Grasser dell'Istituto di microelettronica della Università Tecnica di Vienna. "Oltre al semiconduttore ultrasottile, abbiamo anche bisogno di un isolante ultrasottile." 

Ciò è dovuto alla struttura di progettazione fondamentale di un transistor: la corrente può fluire da un lato all'altro del transistor, ma solo se al centro viene applicata una tensione, creando un campo elettrico. L'elettrodo che fornisce questo campo deve essere isolato elettricamente dal semiconduttore stesso. "Esistono già esperimenti con transistor con semiconduttori ultrasottili, ma fino ad ora sono stati accoppiati con isolanti ordinari", afferma Tibor Grasser. "Non c'è molto vantaggio nel ridurre lo spessore del semiconduttore quando deve ancora essere combinato con uno spesso strato di materiale isolante. Non c'è modo di miniaturizzare ulteriormente un tale transistor. Inoltre, su scale di lunghezza molto ridotte, la superficie dell'isolante si è rivelato disturbare le proprietà elettroniche del semiconduttore ".

Pertanto, Yury Illarionov, postdoc nella squadra di Tibor Grasser, ha provato un nuovo approccio. Ha usato materiali 2D ultra sottili non solo per la parte a semiconduttore del transistor, ma anche per la parte isolante. Selezionando materiali isolanti ultrasottili come i cristalli ionici, è possibile costruire un transistor con una dimensione di pochi nanometri. Le proprietà elettroniche in tal caso vengono nettamente migliorate, poiché i cristalli ionici possono avere una superficie perfettamente regolare, senza un singolo atomo che sporge dalla superficie (il che potrebbe disturbare il campo elettrico). "I materiali convenzionali hanno legami covalenti nella terza dimensione: atomi che si accoppiano ai materiali vicini sopra e sotto", spiega Tibor Grasser. "Questo non è il caso dei materiali 2D e dei cristalli ionici e quindi non interferiscono con le proprietà elettriche del semiconduttore."

Per produrre il nuovo transistor ultrasottile, è stato scelto il fluoruro di calcio come materiale isolante. Lo strato di fluoruro di calcio è stato prodotto presso l'Istituto Ioffe di San Pietroburgo. Il transistor stesso è stato quindi prodotto dal team del Prof. Thomas Müller, presso l'Istituto di fotonica della Università Tecnica di Vienna e analizzato presso l'Istituto di microelettronica.

Il primissimo prototipo ha già superato tutte le aspettative: "Per anni abbiamo ricevuto numerosi transistor diversi per indagare sulle loro proprietà tecniche, ma non abbiamo mai visto nulla di simile al nostro transistor con l'isolante al fluoruro di calcio", afferma Tibor Grasser. "Il prototipo, con le sue proprietà elettriche superiori, supera tutti i modelli precedenti."

Ora il team vuole scoprire quali combinazioni di isolanti e semiconduttori funzionano meglio. Potrebbero essere necessari alcuni anni prima che la tecnologia possa essere utilizzata per chip di computer disponibili in commercio, poiché i processi di produzione per gli strati di materiale devono ancora essere migliorati. "In generale, tuttavia, non vi è dubbio che i transistor realizzati con materiali 2D siano un'opzione molto interessante per il futuro", afferma Tibor Grasser. "Da un punto di vista scientifico, è chiaro che i fluoruri che abbiamo appena testato sono attualmente la migliore soluzione per il problema degli isolanti. Ora, rimangono solo alcune domande tecniche a cui rispondere". 

Questo nuovo tipo di transistor più piccolo e più veloce dovrebbe consentire all'industria dei computer di compiere il prossimo grande passo. In questo modo, la legge di Moore sull'aumento esponenziale della potenza dei computer potrebbe presto, prendere di nuovo vita. 

Il primo vaccino al mondo, creato da un'intelligenza artificiale.

Fonte: Trustmyscience.com 

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Dei ricercatori australiani hanno realizzato un'intelligenza artificiale che ha permesso la creazione di un nuovo vaccino contro il virus dell'influenza.

L'uso del computer nello sviluppo di un trattamento farmacologico non è una novità. Di solito vengono utilizzati per simulare il loro meccanismo molecolare, al fine di verificare che possano legarsi all'obiettivo desiderato. Ma gli scienziati della Flinders University nel sud dell'Australia si sono spinti oltre, creando un'IA in grado di sviluppare e testare le molecole in modo completamente indipendente. Ciò al fine di determinare quale trattamento farmacologico potrebbe essere usato per un vaccino efficace. 

Infatti, questo algoritmo, che hanno chiamato SAM (Search Algorithm for Ligands), può analizzare tutte le molecole esistenti o che possono essere create, al fine di ottenere il composto più efficace (o ligando) contro una malattia (secondo il gruppo guidato dal professor Nikolai Petrovsky). Per questo, hanno dovuto insegnare a SAM diversi tipi di composti in grado di attivare il sistema immunitario (adiuvanti), e altri che non possono, in modo che possa distinguere le molecole efficaci da quelle che non lo sono. 

Un secondo algoritmo creato anche dal gruppo ha il compito di generare miliardi di composti chimici che verranno poi analizzati da SAM. Quest'ultimo definirà quali potenzialmente potrebbero essere utilizzati per lo sviluppo di vaccini efficaci. I ricercatori dovevano solo sintetizzare i migliori candidati per testarli finalmente sul sangue umano. "Questo ha confermato che SAM non solo ha la capacità di identificare trattamenti buoni, ma potrebbe anche sviluppare migliori farmaci immunitari umani, che attualmente ancora non esistono", afferma il prof. Petrovsky. "Abbiamo quindi preso i farmaci in via di sviluppo creati da SAM per i test sugli animali per confermare la loro capacità di aumentare l'efficacia del vaccino antinfluenzale. La sperimentazione animale ci ha già dimostrato che il vaccino è molto protettivo contro l'influenza e sovraperforma i vaccini esistenti. Ora, dobbiamo solo confermarlo negli umani. "

Petrovsky aggiunge anche che la loro IA può essere utilizzata per lo sviluppo di altri trattamenti, consentire uno sviluppo molto più veloce di questi e quindi risparmiare milioni di dollari nella ricerca (uno svantaggio che ha ostacolato il loro studio). In effetti, ricevere fondi per la ricerca in Australia è molto complicato se non sei uno dei più grandi istituti o università del paese.

"È particolarmente difficile per i ricercatori ospedalieri, come noi, avere un'influenza positiva su questo sistema nonostante il fatto che precedenti premi Nobel, compresi quelli di Barry Marshall, siano derivati da ricerche ospedaliere ", aggiunge Petrovsky. Come risultato di questo problema, molti scienziati cercheranno fondi in altri paesi. La richiesta di sovvenzione di Petrovsky è stata respinta in Australia, ma è stata accettata dall'Istituto Nazionale della Salute degli Stati Uniti, che gli ha assegnato più di 50 milioni di dollari. 

Il gruppo ha avviato studi clinici negli Stati Uniti, che dureranno 12 mesi. La scelta di sviluppare un vaccino antinfluenzale efficace deriva dall'aumento dei tassi di infezione negli ultimi anni, che hanno raddoppiato il numero di decessi causati dall'influenza stagionale nel 2019 in Australia. Nel 2018, più di 13.000 decessi sono stati attribuiti all'influenza stagionale in Francia.