25 November, 2017

Crean sonido lo suficientemente alto como para curvar la luz en un chip de ordenador

Un grupo de ingenieros de la Universidad de Minnesota ha creado un sonido lo suficientemente alto como para curvar la luz en un chip de ordenador: el dispositivo podría mejorar los sistemas de comunicaciones inalámbricas

La figura de portada ilustra una onda de sonido pasando a través de una guía de onda óptica integrada, sobre la que se ha superpuesto un mapa a color del campo de luz.

Durante una tormenta, todos sabemos que es común escuchar el trueno después de ver el relámpago. Esto ocurre porque el sonido viaja mucho más lento (1.236 km. por hora) que la luz (1.078.300.000 km. por hora).
Ahora, un grupo de investigadores de ingeniería de la Universidad de Minnesota ha desarrollado un chip en el que se generan y confinan juntas tanto las ondas de sonido como las ondas de luz de modo que el sonido puede controlar de manera muy eficiente a la luz. La plataforma de este nuevo dispositivo podría mejorar los sistemas de comunicaciones inalámbricas que utilizan fibras ópticas y en última instancia, ser utilizada para el cálculo utilizando la física cuántica. La investigación ha sido publicada recientemente en la revista de investigación Nature Communications.

El chip de la Universidad de Minnesota se produce utilizando una base de silicio recubierta con una capa de nitruro de aluminio que lleva a cabo un cambio eléctrico. La aplicación de una señal eléctrica alterna al material hace que el material se deforme periódicamente y genere ondas de sonido que crecen en su superficie, similares a las ondas sísmicas que crecen desde el centro del terremoto. La tecnología ha sido ampliamente utilizada en los teléfonos celulares y otros dispositivos inalámbricos a modo de filtros de microondas.

“Nuestro descubrimiento ha consistido en integrar circuitos ópticos con dispositivos acústicos en la misma capa de material para conseguir una interacción extremadamente fuerte entre las ondas de luz y las de sonido”, dijo Mo Li, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática y el investigador principal del estudio.
Los investigadores utilizaron tecnología punta de nano-fabricación para fabricar paneles de electrodos con un ancho de sólo 100 nanómetros (0,00001 centímetros) para excitar ondas de sonido a una alta frecuencia sin precedentes, que es superior a 10 GHz, la frecuencia utilizada para comunicaciones por satélite.

“Lo que es notable es que en esta alta frecuencia, la longitud de onda del sonido es aún más corta que la longitud de onda de la luz. Y esto se ha logrado por primera vez en un chip”, dijo Semere Tadesse, un estudiante graduado de la escuela de Física y Astronomía de la universidad de Minnesota y el autor principal del artículo. “En este régimen sin precedentes, el sonido puede interactuar con la luz de manera más eficiente para conseguir modulación de alta velocidad.”

Transmisión de datos via ondas sonoras

Además de las aplicaciones en comunicaciones, los investigadores están investigando sobre posibles aplicaciones del nuevo dispositivo a la física cuántica. Están investigando la interacción entre fotones individuales (la unidad cuántica fundamental de la luz) y fonones individuales (la unidad cuántica fundamental del sonido). Los investigadores pretenden utilizar ondas sonoras como los soportes de transmisión de datos para la computación cuántica.

La investigación está financiada por la Fundación Nacional para la Ciencia y la Oficina de Investigaciones Científicas de la Fuerza Aérea de Estados Unidos. El dispositivo ha sido fabricado en la sala limpia en el Nano Center de la Universidad de Minnesota.

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