F?SICA Fot¨®nica Receta para hacer materiales que procesen la luz como los 'chips' los electrones

"Los fotones son los mejores mensajeros para la transmisi¨®n realmente r¨¢pida de la informaci¨®n. Pero crear circuitos que puedan procesar la luz con la versatilidad de los chips electr¨®nicos de silicio es un gran reto tecnol¨®gico". As¨ª presenta la revista Science un trabajo liderado por el cient¨ªfico espa?ol ?lvaro Blanco, que afronta precisamente ese reto tecnol¨®gico. Los investigadores han dado con un m¨¦todo simple y barato para fabricar a gran escala cristales fot¨®nicos de silicio tridimensionales, lo que facilita la construcci¨®n de transistores fot¨®nicos.

"Los cristales fot¨®nicos tienen propiedades espec¨ªficas que los hacen opacos para determinadas longitudes de onda, proporcionando un medio de control de la transmisi¨®n de se?ales ¨®pticas", comenta la especialista Karen Southwell en Science al referirse al trabajo de Blanco (investigador del Departamento de F¨ªsica de la Universidad de Toronto, en Canad¨¢, y del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC) y sus colegas. El objetivo es producir materiales ¨®pticos que sean para los fotones lo que el silicio para los electrones y, en ¨²ltima instancia, un transistor que presente, frente a los cl¨¢sicos dispositivos electr¨®nicos, una velocidad de conmutaci¨®n mucho m¨¢s alta con una baja disipaci¨®n de energ¨ªa. En el equipo que ha desarrollado este ¨²ltimo trabajo de los cristales fot¨®nicos participan otros investigadores espa?oles. "El protagonista por excelencia de la revoluci¨®n electr¨®nica ha sido un ente min¨²sculo llamado electr¨®n. Todos los recursos de la ciencia y la tecnolog¨ªa se han empleado para mejorar las condiciones de transporte y control de este mensajero de excepci¨®n", explican Ceferino L¨®pez y Francisco Meseguer, investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales y coautores del trabajo. "Sin embargo, en los a?os sesenta, con la invenci¨®n del laser, primero, y la fibra ¨®ptica, despu¨¦s, un nuevo heraldo tecnol¨®gico surgi¨® para competir con el electr¨®n: el fot¨®n. Esta part¨ªcula tiene una ventaja respecto al electr¨®n: no tiene carga ni masa. Por tanto, es mucho m¨¢s eficiente y r¨¢pida en el transporte de informaci¨®n; no se distrae, como si dij¨¦ramos, interactuando con otros portadores de su espacio o con el medio. As¨ª la transmisi¨®n de informaci¨®n por fibra ¨®ptica es mucho m¨¢s eficiente que por cable el¨¦ctrico".

Ordenadores

Pero la presencia del electr¨®n sigue siendo general, los ordenadores siguen siendo electr¨®nicos, eso s¨ª, con todos los avances de la revoluci¨®n micro y nanoelectr¨®nica. "Esto se debe", explican los investigadores, a que, "por el momento, la tecnolog¨ªa fot¨®nica disponible s¨®lo es capaz de producir los cables, pero no la mayor¨ªa de los otros componentes que integran un procesador de informaci¨®n". La idea de hacer cristales fot¨®nicos, con propiedades para las part¨ªculas de luz similares a las del silicio para los electrones, tiene unos a?os, pero su realizaci¨®n chocaba hasta ahora con enormes dificultades tecnol¨®gicas.

Blanco y sus colegas no han construido el primer cristal fot¨®nico, pero su resultado es enormemente interesante, ya que hasta ahora la fabricaci¨®n de estos materiales depend¨ªa de complejos procedimientos litogr¨¢ficos habituales en la producci¨®n microelectr¨®nica y los resultados eran muy limitados.

?C¨®mo se construye el nuevo cristal fot¨®nico? La receta es relativamente sencilla de explicar. Primero hay que construir, mediante t¨¦cnicas de crecimiento de cristales, un molde tridimensional, que al final se desecha, que es una forma de ¨®palo artificial (esferas de s¨ªlice de tama?o uniforme de una micra, es decir, una mil¨¦sima de mil¨ªmetro, de di¨¢metro).

Al aplicar calor a esta construcci¨®n se forman peque?os puentes entre las esferas, produciendo una estructura interconectada. A continuaci¨®n se infiltran gases compuestos de silicio que van llenando las esferas. Finalmente se disuelve el molde inicial y se obtiene el cristal fot¨®nico, una especie de esponja con todos los agujeros id¨¦nticos y bien ordenados.

Los c¨¢lculos 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 ¨®ptica. Este material, un desarrollo perseguido por varios laboratorios en el mundo, es un paso crucial para crear dispositivos fot¨®nicos como microl¨¢seres y chips ¨®pticos.

"Imag¨ªnense, por ejemplo, un ordenador sin cables el¨¦ctricos, que no se calentase y, por tanto, no necesitase ventiladores, con una pantalla compuesta por millones de microl¨¢seres de cristal fot¨®nico. El procesado de la informaci¨®n se realizar¨ªa mediante circuitos impresos y microprocesadores totalmente ¨®pticos. ?ste ser¨ªa el nuevo ordenador fot¨®nico; rapid¨ªsimo, silencioso, fr¨ªo y plenamente integrado en la red de comunciaciones ¨®pticas", comentan L¨®pez y Meseguer. Es lo que ellos llaman un nuevo Pa¨ªs de las Maravillas en la sociedad de la informaci¨®n y las comunicaciones, en que la luz se encarga de la transmisi¨®n y el procesado de informaci¨®n.