La trasmissione del segnale tramite il suono supera i circuiti elettronici

nanotecnologia

Redazione del sito web di Innovazione Tecnologica - 10 luglio 2025

La tecnologia acustica ha una portata molto ampia per quanto riguarda le dimensioni dei chip e oltre. [Immagine: Xiang Xi et al. - 10.1038/s41586-025-09092-x]

Tecnologia acustica

Quando un percussionista colpisce un tamburo, ne fa vibrare la pelle, e questa vibrazione contiene un segnale che possiamo decifrare come musica. Quando il tamburo smette di vibrare, la musica finisce – o, in termini fisici, perdiamo il segnale.

Ma possiamo usare tamburi molto piccoli anche per altre cose, come un qubit meccanico per computer quantistici , un risonatore che visualizza fenomeni quantistici su scala macro o, più in generale, per immagazzinare dati digitali nelle vibrazioni di un tamburo quantistico .

È in queste applicazioni più avanzate che Xiang Xi e i colleghi dell'Università di Copenaghen, in Danimarca, hanno ora innovato, creando una pelle di tamburo ultrasottile, larga circa 10 mm. E non è nemmeno liscia: è perforata da una moltitudine di fori triangolari.

Il risultato è impressionante: il tamburo realizzato con questa membrana permette alle vibrazioni di propagarsi lungo l'intera membrana vibrante senza praticamente alcuna perdita. Anzi, le perdite sono così ridotte che questo tamburo trasmette le informazioni in modo molto più efficace rispetto all'elaborazione del segnale eseguita dai migliori circuiti elettronici disponibili.

Ingrandimento della membrana, realizzata in nitruro di silicio. I colori rappresentano il movimento fuori dal piano: il rosso indica che una parte della membrana si muove verso l'alto, mentre il blu indica che una parte si muove verso il basso. [Immagine: Albert Schliesser/Xiang Xi]

Trasmissione meccanica dei segnali

Per utilizzare il tamburo per trasmettere informazioni, essenzialmente una trasmissione meccanica di dati, il segnale è costituito da fononi , quasiparticelle che possono essere considerate vibrazioni in un materiale solido. Gli atomi vibrano e si scontrano tra loro, per così dire, trasportando un dato segnale attraverso il materiale – ed è qui che entra in gioco la perdita di segnale.

Se il segnale perde potenza, o parti del segnale si perdono sotto forma di calore o vibrazioni errate, finisce per non essere più possibile decodificarlo correttamente, il che rende difficile la creazione di componenti acustici e persino l'acustic computing , una forma alternativa di informatica che promette di risolvere problemi elettronicamente incomputabili: oggi si parla addirittura di fononica , un tipo di elettronica che lavora con i fononi, invece che con gli elettroni.

In questo caso, la perdita viene misurata come una diminuzione dell'ampiezza dell'onda sonora mentre attraversa la membrana. Il team ha scoperto che una membrana riempita con fori molto precisi – fori triangolari – è molto più efficace nel trasportare le vibrazioni rispetto a una membrana liscia.

Quando i ricercatori hanno instradato il segnale attraverso la loro membrana perforata – e attorno ai fori, dove il segnale cambia direzione – la perdita è stata di circa un fonone su un milione. A titolo di confronto, l'ampiezza delle fluttuazioni di corrente in un circuito elettronico simile diminuisce a una velocità circa centomila volte superiore.

Si possono fare molte cose con le onde sonore all'interno dei chip, inclusi veri e propri terremoti su un chip . [Immagine: Govert Neijts et al. - 10.1063/5.0220496]

Usi multipli

Il team non stava lavorando a un'applicazione specifica, ma le possibilità di questa svolta sono ampie. I computer quantistici, ad esempio, si basano sul trasferimento di segnali estremamente preciso tra i loro diversi componenti, e il trasferimento acustico è tra i vari meccanismi studiati.

Un altro campo di applicazione sono i sensori che, ad esempio, possono misurare le più piccole fluttuazioni biologiche nel nostro corpo, dove la trasmissione del segnale è altrettanto cruciale. Ma anche la ricerca di base sarà interessata alla membrana, ad esempio per testare l'incertezza di Heisenberg .

"Al momento, vogliamo sperimentare il metodo per vedere cosa possiamo fare. Ad esempio, vogliamo costruire strutture più complesse e vedere come possiamo far muovere i fononi attorno a esse, o costruire strutture in cui possiamo farli scontrare come le auto a un incrocio. Questo ci darà una migliore comprensione di ciò che è in definitiva possibile e quali sono le nuove applicazioni", ha affermato il professor Albert Schliesser, il cui team ama spingersi oltre i limiti delle misurazioni .

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