Desde los 80, los investigadores han usado el láser para detener vibraciones moleculares y así poder ver las moléculas en su entorno natural. Ahora los investigadores en Yale University han utilizado el mismo tipo de fuerzas ópticas a nano-escala para controlar un circuito integrado. Su dispositivo podría ser la base de chips ópticos rápidos de bajo consumo, al igual que los transistores que son los componentes básicos de los circuitos electrónicos. El dispositivo nuevo, un nano-resonador a base de luz, también podría utilizarse como un detector químico extremadamente sensible. El trabajo es un hito importante en la unificación de fuerzas ópticas y mecánicas a nano-escala.

Los chips que utilizan la luz en vez de electrones para transportar datos, deben ser más rápidos y consumir menos que los circuitos integrados tradicionales. Pero hasta ahora, incluso los chips ópticos más rápidos incorporaban elementos eléctricos llamados moduladores.Estos moduladores codifican la luz con datos al convertir la señal lumínica de luz en electrones e invirtiendo el proceso. Este paso extra hace que los chips ópticos sean complejos y consuman energía. Un circuito desarrollado por los investigadores de Yale dirigidos por el profesor de ingeniería eléctrica Hong Tang, incorpora un modulador que funciona a base de luz, no de electrones.El grupo de Yale comenzó su trabajo al crear un chip óptico de silicio. Para hacer el modulador, esbozaron una pequeña porción de la guía de ondas, un camino delgado de silicio por el cual viajan los fotones hacia una franja de 500 nano-metros de ancho. Esta viga de silicio, suspendida sobre la superficie del chip para que sea flexible, tiene dos funciones. Transporta la señal óptica y la modula. Tang y sus colegas pasaron una señal luminosa por el circuito integrado y luego proyectaron luz de láser sobre el modulador nano-óptico haciendo que oscile hacia arriba y hacia abajo. Estas oscilaciones modulan la velocidad de la luz que viaja a través de la viga.El equipo de Yale es el primero en demostrar la existencia de esta fuerza óptica en un circuito integrado, y el primero en explotarlo para crear un dispositivo funcional. Tang aclara: “La fuerza de la luz realmente puede ponerse en uso”. Su grupo también demostró que puede hacer matrices de cientos de resonadores en funcionamiento en un solo chip.Las pinzas ópticas han sido muy útiles para manipular los objetos a nano-escala, flotantes en una solución, pero son muy complejos y requieren un láser de alto poder y toda una plantilla de trabajadores. Aunque todavía exige el aporte de un láser que aún no está integrado al chip, el sistema de Yale es más simple que el que se requiere para las pinzas ópticas.

James Hone, profesor de la Columbia University, opina que el circuito de Yale, descrito en la publicación Nature: “representa un gran avance técnico. Abre un camino nuevo para fabricar interruptores opto-mecánicos que pueden reencaminar una señal óptica utilizando otra. Hone dice que dichos dispositivos podrían ser los componentes básicos de los circuitos ópticos. Adam Cohen, profesor de química, química biológica y física de Harvard está de acuerdo, siempre y cuando la fabricación de esos dispositivos sea compatible con el procesamiento de semiconductores estándar. Dice Cohen que el enfoque tradicional, que involucra convertir a la señal óptica en eléctrica y luego a la inversa, “retrasa las cosas y es más complicado”.Hone expresa que debido a que la oscilación mecánica de la viga, esta modifica la forma en que la luz la atraviesa de un modo que se puede medir, las vigas podrían perfeccionarse para llegar a ser sensores químicos muy sensibles. El Grupo de Yale aún no ha demostrado un sensor químico. En teoría, sin embargo, las matrices de los osciladores de silicio en el chip podrían cubrirse con anticuerpos que adhieren proteínas de la sangre que son características en enfermedades tales como el cáncer. Si una muestra de sangre colocada sobre el chip contuviera una cantidad pequeña de la proteína, se uniría a la viga de silicio, modificaría la frecuencia de sus oscilaciones y así causaría un cambio en la velocidad de la luz que transporta, pudiendo medirse. Otros sensores a nano-escala trabajan bajo un principio similar, detectan las diferencias del flujo de corriente eléctrica a través de la oscilación de vigas de silicio o nano-tubos de carbono, cuando se unen a moléculas que le interesan. Los resonadores ópticos tal vez lleguen a ser más sensibles, debido a que los dispositivos ópticos se ‘comportan mejor’ dando señales más claras que los dispositivos eléctricos, según Hone.Sin embargo, dichas aplicaciones se hallan a muchos años de distancia. El dispositivo todavía está en una etapa temprana de desarrollo en el laboratorio de Tang donde su equipo está perfeccionando sus propiedades mecánicas.