Este chip es del tamaño de una uña y está hecho de niobato de litio de película delgada y se puede usar para comunicaciones de datos (internet) o detección biológica, ya que este chip es sensible al cambio ambiental. Crédito: Universidad RMIT
Los principales científicos en el campo predicen que los chips de niobato de litio, que son extremadamente delgados, superarán a los chips de silicio en tecnologías basadas en la luz. Estos chips tienen una amplia gama de aplicaciones potenciales, desde detectar fruta madura a distancia en la Tierra hasta guiar la navegación en la Luna.
Según los científicos, el cristal artificial de niobato de litio es la plataforma preferida para estas tecnologías debido a su rendimiento superior y los avances en las técnicas de fabricación.
Universidad RMIT Distinguido profesor Arnan Mitchell y Universidad de Adelaida El Dr. Andy Boes dirigió este equipo de expertos mundiales para revisar las capacidades y las posibles aplicaciones del niobato de litio en la revista Science.
El equipo internacional, que incluye científicos de la Universidad de Pekín en China y Universidad Harvard en los Estados Unidos, está trabajando con la industria para fabricar sistemas de navegación que están planeados para ayudar a los rovers a conducir en la Luna a finales de esta década.
Este chip es del tamaño de una uña y está hecho en una delgada película de niobato de litio. Se puede usar en una variedad de aplicaciones, incluso en telecomunicaciones para hacer que nuestro Internet sea más rápido. Crédito: Universidad RMIT
Como es imposible utilizar el sistema de posicionamiento global (GPS) en la Luna, los sistemas de navegación en los rovers lunares necesitarán usar un sistema alternativo, que es donde entra en juego la innovación del equipo.
Al detectar pequeños cambios en la luz láser, el chip de niobato de litio se puede usar para medir el movimiento sin necesidad de señales externas, según Mitchell.
“Esto no es ciencia ficción: este cristal artificial se está utilizando para desarrollar una variedad de aplicaciones emocionantes. Y la competencia para aprovechar el potencial de esta tecnología versátil se está calentando”, dijo Mitchell, Director del Centro Integrado de Fotónica y Aplicaciones.
Dijo que si bien el dispositivo de navegación lunar se encontraba en las primeras etapas de desarrollo, la tecnología del chip de niobato de litio era «lo suficientemente madura como para ser utilizada en aplicaciones espaciales».
“Nuestra tecnología de chips de niobato de litio también es lo suficientemente flexible como para adaptarse rápidamente a casi cualquier aplicación que utilice luz”, dijo Mitchell.
«Estamos enfocados en la navegación ahora, pero la misma tecnología también podría usarse para vincular Internet en la Luna con Internet en la Tierra».
¿Qué es el niobato de litio y cómo se puede utilizar?
El niobato de litio es un cristal artificial que se descubrió por primera vez en 1949 pero que «volvió a estar de moda», según Boes.
“El niobato de litio tiene nuevos usos en el campo de la fotónica, la ciencia y la tecnología de la luz, porque, a diferencia de otros materiales, puede generar y manipular ondas electromagnéticas en todo el espectro de la luz, desde microondas hasta frecuencias ultravioleta”, dijo.
“El silicio era el material elegido para los circuitos electrónicos, pero sus limitaciones se han vuelto cada vez más evidentes en la fotónica.
“El niobato de litio ha vuelto a estar de moda debido a sus capacidades superiores, y los avances en la fabricación significan que ahora está fácilmente disponible como películas delgadas en obleas de semiconductores”.
Una capa de niobato de litio unas 1.000 veces más delgada que un cabello humano se coloca en una oblea semiconductora, dijo Boes.
“Los circuitos fotónicos se imprimen en la capa de niobato de litio, que se adaptan de acuerdo con el uso previsto del chip. Un chip del tamaño de una uña puede contener cientos de circuitos diferentes”, dijo.
¿Cómo funciona la tecnología de navegación lunar?
El equipo está trabajando con la empresa australiana Advanced Navigation para crear giroscopios ópticos, donde la luz láser se lanza en sentido horario y antihorario en una bobina de fibra, dijo Mitchell.
“A medida que se mueve la bobina, la fibra es ligeramente más corta en una dirección que en la otra, según la teoría de la relatividad de Albert Einstein”, dijo.
“Nuestros chips fotónicos son lo suficientemente sensibles para medir esta pequeña diferencia y usarla para determinar cómo se mueve la bobina. Si puede realizar un seguimiento de sus movimientos, sabrá dónde se encuentra en relación con el punto de partida. Esto se llama navegación inercial”.
Aplicaciones potenciales más cerca de casa
Esta tecnología también se puede utilizar para detectar de forma remota la madurez de la fruta.
“El gas emitido por la fruta madura es absorbido por la luz en la parte del infrarrojo medio del espectro”, dijo Mitchell.
“Un dron que flota en un huerto transmitiría luz a otro que detectaría el grado en que se absorbe la luz y cuándo la fruta está lista para la cosecha.
“Nuestra tecnología de microchip es mucho más pequeña, más barata y más precisa que la tecnología actual y se puede usar con drones muy pequeños que no dañan los árboles frutales”.
Próximos pasos
Australia podría convertirse en un centro mundial para la fabricación de chips fotónicos integrados a partir de niobato de litio que tendrían un gran impacto en las aplicaciones tecnológicas que utilizan cada parte del espectro de la luz, dijo Mitchell.
“Tenemos la tecnología para fabricar estos chips en Australia y tenemos las industrias que los utilizarán”, dijo.
“Los chips fotónicos ahora pueden transformar industrias mucho más allá de las comunicaciones de fibra óptica”.
Referencia: “Fotónica de niobato de litio: Desbloqueo del espectro electromagnético” por Andreas Boes, Lin Chang, Carsten Langrock, Mengjie Yu, Mian Zhang, Qiang Lin, Marko Lončar, Martin Fejer, John Bowers y Arnan Mitchell, 6 de enero de 2023, Ciencia.
DOI: 10.1126/ciencia.abj4396
