Questo chip ha le dimensioni di un’unghia ed è realizzato in niobato di litio a film sottile e può essere utilizzato per comunicazioni di dati (internet) o rilevamento biologico poiché questo chip è sensibile ai cambiamenti ambientali. Credito: Università RMIT
I principali scienziati del settore prevedono che i chip di niobato di litio, che sono estremamente sottili, supereranno i chip di silicio nelle tecnologie basate sulla luce. Questi chip hanno una vasta gamma di potenziali applicazioni, dal rilevamento di frutti maturi a distanza sulla Terra alla guida della navigazione sulla Luna.
Secondo gli scienziati, il cristallo artificiale di niobato di litio è la piattaforma preferita per queste tecnologie a causa delle sue prestazioni superiori e dei progressi nelle tecniche di produzione.
Università RMIT Illustre Professore Arnan Mitchell e Università di Adelaide Il dottor Andy Boes ha guidato questo team di esperti globali per esaminare le capacità e le potenziali applicazioni del niobato di litio nella rivista Science.
Il team internazionale, compresi gli scienziati dell’Università di Pechino in Cina e Università di Harvard negli Stati Uniti, sta collaborando con l’industria per realizzare sistemi di navigazione progettati per aiutare i rover a guidare sulla Luna entro la fine di questo decennio.
Questo chip ha le dimensioni di un’unghia ed è realizzato su un sottile film di niobato di litio. Può essere utilizzato in una vasta gamma di applicazioni, comprese le telecomunicazioni per rendere più veloce Internet. Credito: Università RMIT
Poiché è impossibile utilizzare il sistema di posizionamento globale (GPS) sulla Luna, i sistemi di navigazione nei rover lunari dovranno utilizzare un sistema alternativo, ed è qui che entra in gioco l’innovazione del team.
Rilevando piccoli cambiamenti nella luce laser, il chip al niobato di litio può essere utilizzato per misurare il movimento senza bisogno di segnali esterni, secondo Mitchell.
“Questa non è fantascienza: questo cristallo artificiale viene utilizzato per sviluppare una gamma di applicazioni entusiasmanti. E la concorrenza per sfruttare il potenziale di questa versatile tecnologia si sta facendo sempre più accesa”, ha affermato Mitchell, direttore dell’Integrated Photonics and Applications Centre.
Ha detto che mentre il dispositivo di navigazione lunare era nelle prime fasi di sviluppo, la tecnologia del chip al niobato di litio era “abbastanza matura per essere utilizzata nelle applicazioni spaziali”.
“La nostra tecnologia di chip in niobato di litio è anche abbastanza flessibile da adattarsi rapidamente a quasi tutte le applicazioni che utilizzano la luce”, ha affermato Mitchell.
“Ora siamo concentrati sulla navigazione, ma la stessa tecnologia potrebbe essere utilizzata anche per collegare Internet sulla Luna a Internet sulla Terra”.
Cos’è il niobato di litio e come può essere utilizzato?
Il niobato di litio è un cristallo artificiale che è stato scoperto per la prima volta nel 1949 ma è “tornato in voga”, secondo Boes.
“Il niobato di litio ha nuovi usi nel campo della fotonica – la scienza e la tecnologia della luce – perché a differenza di altri materiali può generare e manipolare onde elettromagnetiche attraverso l’intero spettro della luce, dalle microonde alle frequenze UV”, ha affermato.
“Il silicio era il materiale preferito per i circuiti elettronici, ma i suoi limiti sono diventati sempre più evidenti nella fotonica.
“Il niobato di litio è tornato in voga grazie alle sue capacità superiori e i progressi nella produzione significano che ora è prontamente disponibile come film sottile su wafer semiconduttori”.
Uno strato di niobato di litio circa 1.000 volte più sottile di un capello umano è posto su un wafer semiconduttore, ha detto Boes.
“I circuiti fotonici sono stampati nello strato di niobato di litio, che sono personalizzati in base all’uso previsto del chip. Un chip delle dimensioni di un’unghia può contenere centinaia di circuiti diversi”, ha affermato.
Come funziona la tecnologia di navigazione lunare?
Il team sta lavorando con la società australiana Advanced Navigation per creare giroscopi ottici, in cui la luce laser viene lanciata in entrambe le direzioni in senso orario e antiorario in una bobina di fibra, ha affermato Mitchell.
“Quando la bobina viene spostata, la fibra è leggermente più corta in una direzione rispetto all’altra, secondo la teoria della relatività di Albert Einstein”, ha detto.
“I nostri chip fotonici sono abbastanza sensibili da misurare questa minuscola differenza e usarla per determinare come si muove la bobina. Se riesci a tenere traccia dei tuoi movimenti, allora sai dove sei rispetto a dove hai iniziato. Questa si chiama navigazione inerziale.
Potenziali applicazioni più vicine a casa
Questa tecnologia può essere utilizzata anche per rilevare a distanza la maturazione della frutta.
“Il gas emesso dalla frutta matura viene assorbito dalla luce nella parte del medio infrarosso dello spettro”, ha detto Mitchell.
“Un drone che si libra in un frutteto trasmetterebbe luce a un altro che percepirebbe il grado in cui la luce viene assorbita e quando la frutta è pronta per la raccolta.
“La nostra tecnologia a microchip è molto più piccola, più economica e più precisa della tecnologia attuale e può essere utilizzata con droni molto piccoli che non danneggeranno gli alberi da frutto”.
Prossimi passi
L’Australia potrebbe diventare un hub globale per la produzione di chip fotonici integrati da niobato di litio che avrebbero un impatto importante sulle applicazioni nella tecnologia che utilizzano ogni parte dello spettro della luce, ha affermato Mitchell.
“Abbiamo la tecnologia per produrre questi chip in Australia e abbiamo le industrie che li utilizzeranno”, ha affermato.
“I chip fotonici possono ora trasformare le industrie ben oltre le comunicazioni in fibra ottica”.
Riferimento: “Lithium niobate photonics: Unlocking the magnetic spectrum” di Andreas Boes, Lin Chang, Carsten Langrock, Mengjie Yu, Mian Zhang, Qiang Lin, Marko Lončar, Martin Fejer, John Bowers e Arnan Mitchell, 6 gennaio 2023, Scienza.
DOI: 10.1126/science.abj4396
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