La investigación en circuitos fonónicos está comenzando a demostrar que las ondas sonoras pueden ser tan versátiles como los electrones y los fotones para la transmisión de información. Inspirados en el auge de la fotónica integrada, un equipo internacional de investigadores ha desarrollado circuitos capaces de guiar ondas sonoras a frecuencias de 1,5 GHz, directamente sobre chips de dimensiones microscópicas. Esta tecnología abre el camino a nuevas formas de comunicación, procesamiento cuántico y sensores de alta precisión.
Qué son los circuitos fonónicos
A diferencia de los circuitos electrónicos tradicionales, que transportan electrones, los circuitos fonónicos manipulan fonones, es decir, las unidades cuánticas del sonido. No utilizan cables ni transistores, sino guías de ondas y estructuras topológicas que canalizan las vibraciones mecánicas por trayectorias predefinidas. Es como tener pequeñas autopistas en miniatura que transportan sonido con una precisión milimétrica.
Lo más interesante de estos circuitos es que no requieren suspensión: las ondas viajan directamente sobre el sustrato del chip. Esto representa una gran ventaja para la fabricación a gran escala, ya que reduce la complejidad y los costos de producción.
El avance: sonido topológico en chips
La investigación publicada en Nature Electronics por un equipo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China junto con Penn State University, marca un hito al demostrar por primera vez el transporte topológico de sonido a escala chip y en frecuencias de gigahercios.
Este tipo de transporte topológico permite que el sonido viaje sin dispersarse ni perder energía, incluso al rodear esquinas o defectos estructurales. En la práctica, esto significa que las vibraciones pueden desplazarse de forma fiable y estable, una característica esencial para cualquier dispositivo de comunicación o procesamiento.
El equipo diseñó circuitos reconfigurables con guías de ondas dispuestas en patrones específicos que confinan el sonido y lo canalizan por rutas definidas. A nivel microscópico, estas guías se comportan como rieles que guían a los fonones incluso en condiciones adversas.
Tecnología de detección y validación
Para verificar el funcionamiento de los circuitos, los investigadores utilizaron un vibrómetro óptico de alta resolución, capaz de detectar minúsculas vibraciones en la superficie del chip. Esta herramienta les permitió visualizar el recorrido de los fonones e identificar cómo se propagaban a lo largo de los canales laterales del circuito.
El experimento también incluyó una prueba de interferometría tipo Mach-Zehnder, una técnica que permite comprobar si el camino del sonido puede ser modificado a voluntad. Los resultados confirmaron que el sistema no solo es compacto, sino también reconfigurable, es decir, que las rutas pueden cambiarse dinámicamente según la necesidad del dispositivo.
Aplicaciones potenciales
Este avance no es meramente teórico. Los circuitos fonónicos a frecuencias de GHz tienen el potencial de integrarse en una gran variedad de dispositivos. Por un lado, podrían utilizarse como filtros acústicos de alta precisión para sistemas de comunicación inalámbrica, optimizando la selección de frecuencias. Por otro, son especialmente prometedores en el ámbito cuántico, donde los fonones pueden interactuar con qubits y otros elementos sensibles.
Asimismo, la capacidad de guiar fonones en trayectorias controladas podría ser clave para el desarrollo de sensores de ultra alta sensibilidad, capaces de detectar cambios mínimos en el entorno mediante variaciones en las vibraciones.
El futuro: una caja de herramientas fonónica
El equipo de investigación ya está trabajando en integrar estos circuitos con sistemas electrónicos y fotónicos existentes, en busca de crear tecnologías híbridas que aprovechen lo mejor de cada mundo. Su visión a largo plazo es construir una «caja de herramientas fonónica» completa, que incluya todos los elementos necesarios para manipular sonido con la misma flexibilidad con la que hoy se manipulan señales eléctricas o ópticas.
Este tipo de avances sugieren una transformación silenciosa, pero poderosa, en la manera en que interactuamos con las ondas. Así como la fotónica abrió una nueva era en las telecomunicaciones al reemplazar parte del cableado eléctrico por haces de luz, los circuitos fonónicos podrían traer una nueva generación de dispositivos donde el sonido, y no la electricidad, sea el protagonista.
