Desarrollan un mecanismo clave para diseñar nano-relojes
CONICET/DICYT Los relojes, tanto los tradicionales como los sistemas internos que tienen las computadoras, utilizan diferentes dispositivos para medir el paso del tiempo. A medida que la tecnología avanza, es necesario fabricarlos cada vez más pequeños y exactos.
“Para construir un reloj se necesita algún elemento que marque el paso del tiempo en forma regular y constante. Un oscilador es un objeto que permite hacerlo, gracias a sus pulsaciones rítmicas”, explica Damián Zanette, investigador principal del CONICET en la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), Centro Atómico Bariloche.
El oscilador usado más tradicionalmente es cuarzo. Sin embargo, es difícil usar sus cristales, mantenerlos limpios y encapsularlos en tamaños nanométricos, necesarios para los dispositivos que se usan en computadoras, teléfonos inteligentes o hasta satélites.
“Como solución a estos problemas, hace varios años se consideró el uso de dispositivos micromecánicos (MEMS)”, asegura Daniel López, investigador del Center for Nanoscale Materials, Argonne National Laboratory, Estados Unidos. Lamentablemente, debido a su pequeño tamaño, estos sistemas son más sensibles a fluctuaciones, y si el oscilador pierde el ritmo, el reloj atrasa o adelanta.
Para resolver este dilema, los físicos argentinos Zanette, López y Darío Antonio, también del Center for Nanoscale Materials, desarrollaron una técnica que permitirá producir relojes de alta precisión a escalas nanométricas. El trabajo fue publicado el martes en la prestigiosa revista Nature Communications.
Los investigadores crearon un sistema por el cual un oscilador mecánico nanométrico – una pequeña barra vibrante que podría construirse del tamaño de una millonésima de milímetro - puede resultar tan preciso como el cuarzo.
Utilizaron una pieza micrométrica de un material llamado silicio cristalino, y la integraron a un circuito electrónico para construir un oscilador. Luego lo estabilizaron para que vibre continuamente a la misma frecuencia y funcione como un cronómetro de alta precisión.
“Uno de los problemas tecnológicos claves de estos osciladores a escala muy pequeña era justamente estabilizar la frecuencia”, explica Zanette. A partir del modelo que desarrollaron es posible construir relojes que tengan el tamaño de pocos nanómetros, cruciales para el avance de la industria electrónica.
Aparatos más pequeños y eficientes
“La potencialidad de esta tecnología es muy grande”, explica Hernán Pastoriza, investigador principal del CONICET en la CNEA. Pastoriza y su equipo también trabajan en desarrollo de MEMS, una de las ramas de la ciencia con mayor demanda hoy en día por parte de la industria.
Las posibles aplicaciones de los nano-relojes alcanzan a distintos ámbitos de la vida cotidiana. “Se usan en GPS para determinar precisamente la posición de un objeto en la tierra, en computadoras para coordinar los cálculos internos, y en casi todos los equipos electrónicos que requieren una referencia temporal”, comenta López.
De acuerdo con el investigador, cuanto más estables sean las fuentes de frecuencia que usen, más estable es el funcionamiento de estos aparatos.
“Cualquier máquina que necesite medir el paso del tiempo, como un satélite, puede tener este tipo de dispositivos, porque actúan como una referencia constante de ritmo y frecuencia”, asegura Zanette.
Pero, además, el desarrollo de este tipo de osciladores puede tener un fuerte impacto comercial. Actualmente, “los osciladores de cuarzo representan un mercado de 2 mil millones de dólares, lo cual representa un atractivo económico muy grande para cualquier tecnología nueva que pueda reemplazarlo”, grafica López.