FÍSICA Fotónica Receta para hacer materiales que procesen la luz como los 'chips' los electrones

"Los fotones son los mejores mensajeros para la transmisión realmente rápida de la información. Pero crear circuitos que puedan procesar la luz con la versatilidad de los chips electrónicos de silicio es un gran reto tecnológico". Así presenta la revista Science un trabajo liderado por el científico español Álvaro Blanco, que afronta precisamente ese reto tecnológico. Los investigadores han dado con un método simple y barato para fabricar a gran escala cristales fotónicos de silicio tridimensionales, lo que facilita la construcción de transistores fotónicos.

"Los cristales fotónicos tienen propiedades específicas que los hacen opacos para determinadas longitudes de onda, proporcionando un medio de control de la transmisión de señales ópticas", comenta la especialista Karen Southwell en Science al referirse al trabajo de Blanco (investigador del Departamento de Física de la Universidad de Toronto, en Canadá, y del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC) y sus colegas. El objetivo es producir materiales ópticos que sean para los fotones lo que el silicio para los electrones y, en última instancia, un transistor que presente, frente a los clásicos dispositivos electrónicos, una velocidad de conmutación mucho más alta con una baja disipación de energía. En el equipo que ha desarrollado este último trabajo de los cristales fotónicos participan otros investigadores españoles. "El protagonista por excelencia de la revolución electrónica ha sido un ente minúsculo llamado electrón. Todos los recursos de la ciencia y la tecnología se han empleado para mejorar las condiciones de transporte y control de este mensajero de excepción", explican Ceferino López y Francisco Meseguer, investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales y coautores del trabajo. "Sin embargo, en los años sesenta, con la invención del laser, primero, y la fibra óptica, después, un nuevo heraldo tecnológico surgió para competir con el electrón: el fotón. Esta partícula tiene una ventaja respecto al electrón: no tiene carga ni masa. Por tanto, es mucho más eficiente y rápida en el transporte de información; no se distrae, como si dijéramos, interactuando con otros portadores de su espacio o con el medio. Así la transmisión de información por fibra óptica es mucho más eficiente que por cable eléctrico".

Ordenadores

Pero la presencia del electrón sigue siendo general, los ordenadores siguen siendo electrónicos, eso sí, con todos los avances de la revolución micro y nanoelectrónica. "Esto se debe", explican los investigadores, a que, "por el momento, la tecnología fotónica disponible sólo es capaz de producir los cables, pero no la mayoría de los otros componentes que integran un procesador de información". La idea de hacer cristales fotónicos, con propiedades para las partículas de luz similares a las del silicio para los electrones, tiene unos años, pero su realización chocaba hasta ahora con enormes dificultades tecnológicas.

Blanco y sus colegas no han construido el primer cristal fotónico, pero su resultado es enormemente interesante, ya que hasta ahora la fabricación de estos materiales dependía de complejos procedimientos litográficos habituales en la producción microelectrónica y los resultados eran muy limitados.

¿Cómo se construye el nuevo cristal fotónico? La receta es relativamente sencilla de explicar. Primero hay que construir, mediante técnicas de crecimiento de cristales, un molde tridimensional, que al final se desecha, que es una forma de ópalo artificial (esferas de sílice de tamaño uniforme de una micra, es decir, una milésima de milímetro, de diámetro).

Al aplicar calor a esta construcción se forman pequeños puentes entre las esferas, produciendo una estructura interconectada. A continuación se infiltran gases compuestos de silicio que van llenando las esferas. Finalmente se disuelve el molde inicial y se obtiene el cristal fotónico, una especie de esponja con todos los agujeros idénticos y bien ordenados.

Los cálculos realizados por los investigadores indican que esta estructura bloquea una longitud de onda determinada en infrarrojo (1,5 micras), muy utilizada en las comunicaciones por fibra óptica. Este material, un desarrollo perseguido por varios laboratorios en el mundo, es un paso crucial para crear dispositivos fotónicos como microláseres y chips ópticos.

"Imagínense, por ejemplo, un ordenador sin cables eléctricos, que no se calentase y, por tanto, no necesitase ventiladores, con una pantalla compuesta por millones de microláseres de cristal fotónico. El procesado de la información se realizaría mediante circuitos impresos y microprocesadores totalmente ópticos. Éste sería el nuevo ordenador fotónico; rapidísimo, silencioso, frío y plenamente integrado en la red de comunciaciones ópticas", comentan López y Meseguer. Es lo que ellos llaman un nuevo País de las Maravillas en la sociedad de la información y las comunicaciones, en que la luz se encarga de la transmisión y el procesado de información.