Geluid verbetert te snelle chips

Chips laten signalen door hun circuit razen onder de vorm van elektronen (elektronica) of lichtdeeltjes (fotonica). Dat maakt dataverwerking en communicatie razendsnel. Maar snel is niet altijd goed. Voor bepaalde processen zijn de huidige technieken simpelweg te snel. ‘Bij belangrijke taken, zoals het nauwkeurig zoeken naar een frequentiekanaal, moet het signaal een paar tienden van een nanoseconde vertraagd worden. Omdat de lichtsnelheid enorm hoog ligt, reist dat signaal in die tijd een paar meter. Een pad van die lengte past niet op een chip’, zegt ingenieur Avi Zadok van de Universiteit van Bar-Ilan in Israël.

Oud probleem

Dat probleem bestaat al lang. Voor analoge elektronische circuits bestaat de oplossing uit geluidsgolven. Daarbij wordt een elektrisch signaal omgezet in een geluidsgolf, die 100.000 keer trager beweegt dan het licht. Tijdens dezelfde vertraging waarbij een lichtsignaal meters aflegt, verplaatst het geluid zich slechts een aantal tienden van een micrometer.

Bovenaanzicht van de chip die werkt met akoestische golven over het oppervlak.

Zadok en zijn collega’s zijn de eersten om geluidsgolven ook te gebruiken op siliciumchips met een fotonisch circuit. Dat was niet vanzelfsprekend. De structuur die de lichtdeeltjes geleidt, kan het geluid niet vasthouden. Daardoor moest het onderzoeksteam werken met nieuwe materialen.  Zadok: ‘Het probleem is op te lossen door het geluid over het oppervlakte van de chip te laten lopen. Daarnaast is er nog een andere uitdaging. Geluidsgolven worden gewoonlijk opgewekt door piëzo-elektrische kristallen, die vervormen onder elektrische spanning. Bij silicium bestaat dat effect echter niet en we voegen liever niet nog een ander type materiaal toe.’

Van licht naar geluid, en terug

In de plaats daarvan gebruikt het onderzoeksteam metaal dat vervormt onder invloed van licht. Zo wordt een lichtsignaal omgezet tot een vervorming, die op zijn beurt spanning veroorzaakt in de onderliggende laag silicium. Die spanning uit zich in akoestische golven over het oppervlak. Wanneer de geluidsgolven uiteindelijk langs geleiders voor het licht passeren, wordt het signaal daar terug aan doorgegeven. Intussen zorgt de geluidsgolf voor de nodige vertraging.