Plataforma topológica de chips fonónicos. A, ilustración de dispositivos integrados que usan ondas de sonido topológicamente protegidas, incluida una bomba de fonón, una guía de onda de borde y un modulador de intensidad. B, arriba: sección transversal de la guía de onda Gan-on-Sapphire, que muestra su ancho (W) y grosor (H). Abajo: patrón de vibración simulado de la onda de sonido guiada principal. C, imagen del microscopio electrónico del transductor de aluminio utilizado para generar fonones de 1,5 GHz. D, foto del chip fonónico topológico fabricado. E, diagrama de la configuración experimental, que combina un vibrómetro óptico personalizado con una etapa motorizada para mapear cómo las ondas de sonido viajan en el chip. Crédito: Xu et al.
Los circuitos fonónicos son dispositivos emergentes que pueden manipular ondas de sonido (es decir, fonones) de manera que se parezcan a cómo los circuitos electrónicos controlan el flujo de electrones. En lugar de confiar en cables, transistores y otros componentes electrónicos comunes, estos circuitos se basan en guías de onda, estructuras de borde topológicos y otros componentes que pueden guiar fonones.
Los circuitos fonónicos están abriendo nuevas posibilidades para el desarrollo de sistemas de comunicación de alta velocidad, sistemas de información cuántica y varias otras tecnologías.
Para ser compatible con la infraestructura existente, incluidos los sistemas actuales de comunicación de microondas, y para ser utilizado para desarrollar tecnologías cuánticas de alto rendimiento, estos circuitos deberían operar idealmente en las frecuencias de Gigahertz (GHz). Esto esencialmente significa que las ondas de sonido que generan y manipulan oscilan miles de millones de veces por segundo.
Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, la Universidad Penn State y otros institutos desarrollaron recientemente nuevos circuitos fonónicos compactos que pueden guiar de manera confiable las olas de sonido a 1,5 GHz.
Estos nuevos circuitos, introducidos en Un artículo publicado en Nature Electronicspodría usarse para crear dispositivos cuánticos y clásicos que podrían avanzar en las comunicaciones, la detección y el procesamiento de la información.
“Nos inspiró el éxito de Integrated Photonics y queríamos mostrar que se podían aplicar conceptos similares a las ondas de sonido”, dijo Mourad Oudich, co-primero autor del documento, a Tech Xplore.
“Nuestro objetivo era construir pequeños circuitos fonónicos a escala de chips que operen a frecuencias de GHz que son compactos, reconfigurables y lo suficientemente robustos para aplicaciones del mundo real”.
Los circuitos introducidos por estos investigadores están diseñados para limitar las ondas acústicas a frecuencias GHz, guiándolas a través de pequeñas guías de onda en un chip. En particular, estas longitudes de onda se sientan directamente sobre un sustrato, lo que podría facilitar la fabricación a gran escala de los circuitos.
Ilustración de las guías de onda fonónicas topológicas. Crédito: Prof. Changling Zou.
“Nuestros circuitos fonónicos están hechos de ‘carreteras’ microscópicas que guían el sonido en lugar de la luz”, explicó Oudich.
“Al organizar estas guías de onda en patrones especiales, creamos vías topológicas donde el sonido viaja suavemente incluso alrededor de las esquinas o defectos. Esto hace que los circuitos sean más confiables y mucho más pequeños que los dispositivos acústicos tradicionales”.
Para evaluar sus circuitos fonónicos, los investigadores monitorearon la propagación de fonones dentro de ellos utilizando un vibrómetro óptico de escaneo de alta resolución. Este es un dispositivo que puede medir vibraciones sutiles en una superficie, como las producidas por el movimiento de los fonones a través de las guías de onda.
Oudich y sus colegas inyectaron fonones en los canales de borde de sus circuitos y demostraron que viajaron con éxito a través del sistema sin dispersarse. También realizaron una llamada prueba de interferómetro Mach-Zehnder, que confirmó la reconfigurabilidad de sus dispositivos fonónicos (es decir, su capacidad para alterar rápidamente los caminos de los fonones).
“Demostramos, por primera vez, transporte de sonido topológico y un interferómetro fonónico de Mach -Zehnder directamente sobre un chip en las frecuencias de Gigahertz”, dijo Oudich.
“Estos avances podrían conducir a nuevos filtros acústicos para las comunicaciones e incluso ayudar a desarrollar componentes basados en fonones para futuras tecnologías cuánticas”.
Los dispositivos reconfigurables desarrollados por este equipo de investigadores pronto podrían usarse para fabricar una amplia gama de tecnologías, incluidos procesadores cuánticos, sensores de alta precisión y nuevos sistemas de comunicación híbrida. Oudich y sus colegas actualmente están planeando más investigaciones destinadas a combinar sus circuitos con la electrónica y los componentes existentes.
“Ahora nuestro objetivo es integrar los circuitos fonónicos con sistemas electrónicos y fotónicos, haciéndolos útiles para las tecnologías híbridas”, agregó Oudich.
“A la larga, queremos construir una ‘caja de herramientas fonónica’ completa para el procesamiento y la detección de información avanzada”.
Escrito para usted por nuestro autor Ingrid Fadellieditado por Sadie Harleyy verificado y revisado por Robert Egan—Este artículo es el resultado de un trabajo humano cuidadoso. Confiamos en lectores como usted para mantener vivo el periodismo científico independiente. Si este informe le importa, considere un donación (especialmente mensual). Obtendrá una cuenta sin anuncios como agradecimiento.
Más información: Xin-Biao Xu et al, Circuitos fonónicos topológicos Gigahertz basados en matrices de guía de onda insuspendidas a escala micrómetro, Nature Electronics (2025). Dos: 10.1038/s41928-025-01437-8.
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Cita: sonido de la guía de circuitos fonónicos compactos en las frecuencias de gigahertz para dispositivos a escala de chip (2025, septiembre) Recuperado el 19 de septiembre de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-09-compact-fononic-circuits-gigahertz-frequises.html
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