Teléfonos inteligentes más delgados y con mejor conexión: físicos idean cómo eliminar componentes innecesarios

Los ingenieros han aprendido a crear los terremotos más pequeños que se puedan imaginar, y este descubrimiento podría con el tiempo cambiar los teléfonos inteligentes y los dispositivos inalámbricos que conocemos. No se trata de catástrofes, sino de oscilaciones microscópicas que los científicos han aprendido a generar directamente en la superficie de los chips, haciendo la electrónica más compacta, rápida y eficiente.

En la base del desarrollo están las ondas acústicas superficiales, o SAW. Se parecen a las ondas sonoras, pero se propagan solo por la capa superior del material. En el mundo real, las grandes SAW surgen durante los terremotos y recorren la superficie de la Tierra, destruyendo edificios. En electrónica se emplean sus diminutos análogos, sin los cuales ya no es posible imaginar la técnica moderna.

Estas ondas llevan tiempo usándose en teléfonos inteligentes, llaveros de alarmas de coche, mandos de puertas de garaje, receptores GPS y sistemas de radar. En el teléfono funcionan como filtros. El módulo de radio recibe la señal de la estación base, la convierte en vibraciones microscópicas, elimina el ruido y las frecuencias innecesarias, y luego vuelve a transformar las oscilaciones en ondas de radio.

El nuevo trabajo propone una forma fundamentalmente distinta de crear estas ondas. Los científicos han desarrollado el llamado láser de fonones, que funciona por analogía con un láser convencional, pero en vez de luz genera vibraciones. Según los autores, se parece a las ondas de un terremoto, solo que aparecen en la superficie de un diminuto chip.

Los dispositivos SAW modernos suelen requerir normalmente dos chips separados y una fuente de alimentación externa. El nuevo diseño se apaña con un único chip y potencialmente puede funcionar con una batería corriente, al tiempo que crea ondas a frecuencias mucho más altas.

El dispositivo es una estructura miniaturizada de aproximadamente medio milímetro de longitud. Su base es un sustrato de silicio, encima una capa de niobato de litio con propiedades piezoeléctricas, y luego otra capa aún más delgada de arseniuro de indio y galio. Este último material permite que los electrones aceleren a velocidades muy altas incluso con un campo eléctrico débil. Dicha combinación posibilita vincular directamente las oscilaciones superficiales con el movimiento de los electrones.

El principio de funcionamiento recuerda a una piscina de olas. Al aplicar corriente en una de las capas se forman en la superficie ondas que avanzan, se reflejan y regresan, como la luz entre espejos en un láser. Al propagarse en una dirección la onda se amplifica, en la otra pierde casi por completo su energía, hasta un 99%. Gracias a un ajuste de ingeniería muy preciso, los científicos lograron un crecimiento estable de las oscilaciones.

Como resultado, parte de la energía sale al exterior formando una señal útil. En los experimentos el equipo ya alcanzó una frecuencia alrededor de 1 GHz, pero está convencido de que sin grandes problemas podrá elevarla hasta decenas o incluso cientos de gigahercios. A modo de comparación, los dispositivos SAW tradicionales rara vez superan los 4 GHz. Esas frecuencias tan altas abren nuevas posibilidades para la creación de dispositivos en terahercios.

Según los investigadores, esta tecnología permitirá fabricar teléfonos inteligentes y otros gadgets inalámbricos más compactos y eficientes energéticamente. Hoy en día en un teléfono se usan numerosos chips que, por turnos, convierten las ondas de radio en acústicas y de nuevo en radio en cada llamada, mensaje o carga de página.

En el futuro ese proceso podrá simplificarse consolidando todos los componentes necesarios en un solo chip que funcione exclusivamente con ondas acústicas superficiales. Como señalan los autores, el láser de fonones se ha convertido en el último elemento que faltaba, tras lo cual se hace real la creación de un módulo de radio completo en un solo cristal. Desarrollos similares podrían sentar la base para una nueva generación de dispositivos inalámbricos.