Fuente: Guillermo Peris Peris/guillermo_peris_peris@diariosigloxxi.com
Investigadores estadounidenses avanzan en la creación de los terremotos más diminutos para mejorar chips electrónicos
MADRID, 14 (EUROPA PRESS)
Un grupo de ingenieros de la Universidad de Colorado Boulder, junto con científicos de la Universidad de Arizona y los Laboratorios Nacionales Sandia, todos en Estados Unidos, han logrado un avance significativo en la generación de terremotos a escalas mínimas. Este desarrollo podría en el futuro facilitar la fabricación de chips más sofisticados para teléfonos móviles y otros aparatos inalámbricos, permitiendo que estos dispositivos sean más compactos, rápidos y eficientes. Los hallazgos se publican en ‘Nature’.
El equipo emplea un fenómeno denominado ondas acústicas superficiales (SAW). Estas ondas se comportan similar a las sonoras, pero se propagan únicamente en la capa superficial del material. Por ejemplo, los terremotos producen grandes ondas sísmicas que se transmiten por la superficie terrestre, causando daños. En cambio, las SAW mucho más pequeñas son esenciales en la tecnología actual.
“Los dispositivos SAW son clave para muchas tecnologías fundamentales”, señala Matt Eichenfield, profesor entrante en la Universidad de Colorado en Boulder y autor principal del estudio, quien ocupa la Cátedra Gustafson de Ingeniería Cuántica allí. “Están presentes en todos los teléfonos móviles modernos, llaveros, abrepuertas de garaje, la mayoría de receptores GPS, diversos sistemas de radar y otros”.
En un smartphone, las ondas electromagnéticas (SAW) funcionan como filtros diminutos. Las radios del teléfono captan señales desde una torre celular y las convierten en vibraciones pequeñas que permiten a los chips eliminar interferencias y ruido no deseado. Luego, el sistema convierte estas vibraciones nuevamente en ondas de radio.
En esta investigación, Eichenfield y su equipo desarrollaron una nueva técnica para generar ondas acústicas superficiales mediante un láser de fonones. Este dispositivo es similar a un puntero láser convencional pero produce vibraciones. “Es como ondas sísmicas, pero sobre la superficie de un pequeño chip”, explica Alexander Wendt, estudiante de posgrado en la Universidad de Arizona y coautor del estudio.
La mayoría de los dispositivos SAW actuales requieren dos chips diferentes y una fuente eléctrica para crear estas ondas. El aparato diseñado por el equipo funciona con un único chip y puede generar SAW a frecuencias mucho más elevadas utilizando solo una batería.
Para comprender el funcionamiento del nuevo dispositivo SAW, es útil comparar con un láser tradicional. Los láseres diodo comunes operan haciendo rebotar un haz luminoso entre dos espejos microscópicos sobre un chip semiconductor. Al hacerlo, la luz interactúa con átomos del material bajo un campo eléctrico proveniente de una batería u otra fuente energética, lo que amplifica el haz luminoso.
“Los láseres diodo sustentan la mayoría de tecnologías ópticas pues funcionan con una simple batería o voltaje sin necesitar otra fuente lumínica como modelos anteriores”, afirma Eichenfield. “Nuestro objetivo era crear un análogo para ondas sísmicas”.
Con este fin, desarrollaron un dispositivo en forma de barra que mide alrededor de medio milímetro. Está compuesto por varias capas: primero una oblea de silicio —material común en chips informáticos— cubierta por una fina capa de niobato de litio. Este último es piezoeléctrico, lo que significa que al vibrar genera campos eléctricos oscilantes; asimismo, campos eléctricos oscilantes provocan vibraciones.
Finalmente, incluye una capa aún más delgada hecha de arseniuro de indio y galio, material peculiar que acelera electrones a velocidades muy altas cuando está expuesto a débiles campos eléctricos.
La combinación permite que las vibraciones sobre el niobato de litio interactúen directamente con electrones en el arseniuro de indio y galio.
Cuando el equipo suministra corriente eléctrica al arseniuro dentro del dispositivo, se forman ondas en la capa fina de niobato que se desplazan hacia adelante hasta chocar contra un reflector y luego regresan, similar al rebote de luz entre espejos en un láser. En cada avance estas ondas se fortalecen; al retroceder pierden algo de fuerza.
Después de múltiples rebotes la onda crece considerablemente y el dispositivo emite una pequeña fracción lateralmente; esto es equivalente a cómo el láser acumula luz entre sus espejos antes de filtrarla. Lograron generar ondas SAW que oscilaban aproximadamente a 1 gigahercio —mil millones de veces por segundo— aunque creen que pueden aumentar fácilmente esta frecuencia hasta decenas o incluso cientos de gigahercios.
Esta frecuencia supera ampliamente a la alcanzada por dispositivos SAW tradicionales, cuyo límite ronda los 4 gigahercios.
Eichenfield señala que este avance puede conducir a aparatos inalámbricos más compactos, eficientes y con menor consumo energético como teléfonos móviles. En ellos varios chips convierten repetidamente ondas radioeléctricas en SAW y viceversa durante llamadas o navegación; su objetivo es optimizarlo integrando este procesamiento completo solo con SAW dentro de un único chip.
“Este láser de fonones era la última pieza pendiente”, concluye Eichenfield. “Ahora podemos fabricar literalmente todos los componentes necesarios para una radio integrada en un solo chip usando esta tecnología”.
Este contenido fue hecho con la asistencia de una inteligencia artificial y contó con la revisión del editor/periodista.
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