Investigadores de Illinois han demostrado que las ondas sonoras pueden usarse para producir diodos ópticos ultraminiatura que son lo suficientemente pequeños como para caber en un chip de computadora. Estos dispositivos, llamados aisladores ópticos, puede ayudar a resolver los principales desafíos de capacidad de datos y tamaño del sistema para los circuitos integrados fotónicos, el equivalente basado en la luz de los circuitos electrónicos, que se utilizan para la informática y las comunicaciones.

Los aisladores son dispositivos no recíprocos o "unidireccionales" similares a los diodos electrónicos. Protegen las fuentes láser de los reflejos y son necesarios para enrutar las señales de luz alrededor de las redes ópticas. Hoy dia, la tecnología dominante para producir estos dispositivos no recíprocos requiere materiales que cambien sus propiedades ópticas en respuesta a campos magnéticos, dijeron los investigadores.

"Hay varios problemas con el uso de materiales que responden magnéticamente para lograr el flujo de luz unidireccional en un chip fotónico, ", dijo el profesor de ingeniería y ciencias mecánicas y coautor del estudio Gaurav Bahl." Primero, la industria simplemente no tiene una buena capacidad para colocar imanes compactos en un chip. Pero mas importante, los materiales necesarios aún no están disponibles en las fundiciones fotónicas. Es por eso que la industria necesita desesperadamente un enfoque mejor que utilice solo materiales convencionales y evite los campos magnéticos por completo ".

En un estudio publicado en la revista Fotónica de la naturaleza , los investigadores explican cómo utilizan el minúsculo acoplamiento entre la luz y el sonido para proporcionar una solución única que permite dispositivos no recíprocos con casi cualquier material fotónico.

Sin embargo, el tamaño físico del dispositivo y la disponibilidad de materiales no son los únicos problemas con el estado actual de la técnica, dijeron los investigadores.

"Los intentos de laboratorio de producir aisladores ópticos magnéticos compactos siempre han estado plagados de grandes pérdidas ópticas, ", dijo el estudiante graduado y autor principal Benjamin Sohn." La industria de la fotónica no puede permitirse esta pérdida relacionada con el material y también necesita una solución que proporcione suficiente ancho de banda para ser comparable a la técnica magnética tradicional. Hasta ahora, no ha habido un enfoque sin imanes que sea competitivo ".

El nuevo dispositivo tiene un tamaño de solo 200 por 100 micrones, aproximadamente 10, 000 veces más pequeño que un centímetro cuadrado, y hecho de nitruro de aluminio, un material transparente que transmite luz y es compatible con las fundiciones fotónicas. "Las ondas sonoras se producen de forma similar a un altavoz piezoeléctrico, utilizando pequeños electrodos escritos directamente sobre el nitruro de aluminio con un haz de electrones. Son estas ondas de sonido las que obligan a la luz dentro del dispositivo a viajar solo en una dirección. Esta es la primera vez que un aislador sin imanes supera el ancho de banda de gigahercios, "Dijo Sohn.

Los investigadores están buscando formas de aumentar el ancho de banda o la capacidad de datos de estos aisladores y confían en que pueden superar este obstáculo. Una vez perfeccionado, visualizan aplicaciones transformadoras en sistemas de comunicación fotónica, giroscopios, Sistemas GPS, cronometraje atómico y centros de datos.

"Los centros de datos manejan enormes cantidades de tráfico de datos de Internet y consumen grandes cantidades de energía para las redes y para mantener fríos los servidores, "Dijo Bahl." La comunicación basada en la luz es deseable porque produce mucho menos calor, lo que significa que se puede gastar mucha menos energía en la refrigeración del servidor mientras se transmiten muchos más datos por segundo ".

Aparte del potencial tecnológico, los investigadores no pueden evitar quedar hipnotizados por la ciencia fundamental detrás de este avance.

"En todos los días de la vida, no vemos las interacciones de la luz con el sonido, "Dijo Bahl." La luz puede atravesar un panel de vidrio transparente sin hacer nada extraño. Nuestro campo de investigación ha descubierto que la luz y el sonido hacen, De hecho, interactuar de una manera muy sutil. Si aplica los principios de ingeniería correctos, puede agitar un material transparente de la manera correcta para mejorar estos efectos y resolver este importante desafío científico. Parece casi mágico ".