Nuevo chip acústico soporta 12 veces más potencia

Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) dicen haber superado un límite de larga data en el diseño de chips acústicos, creando una estructura capaz de soportar cargas de potencia más de 12 veces mayores mientras funciona más fría y con mayor estabilidad. En pruebas con transductores que vibran a más de 2 000 millones de veces por segundo, la plataforma Layered Acoustic Wave (LAW) del equipo redujo el aumento de temperatura en un 70 % y alcanzó un umbral de densidad de potencia récord de 36.4 W/mm².

El trabajo, dirigido por Yansong Yang, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Electrónica y de Computadoras de HKUST, con Fangsheng Qian, estudiante de doctorado, como primer autor, fue publicado en Nature Communications en un artículo titulado «Supresión de la acústomigración y del aumento de temperatura para una acústica robusta de alta potencia».

Los dispositivos de ondas acústicas se usan ampliamente para filtrar señales de radiofrecuencia en smartphones y estaciones base móviles. Pero a altas potencias han tenido problemas persistentes: migración de átomos metálicos en los electrodos, deriva de frecuencia causada por el calor y agrietamiento o deslaminación en la película electro‑o‑piezoeléctrica. Las soluciones existentes se han centrado mayormente en materiales de sustrato como el carburo de silicio o el diamante, pero el equipo de HKUST argumentó que ese enfoque deja el calor y el esfuerzo concentrados cerca de la superficie vibrante superior del dispositivo.

Su diseño LAW cambia esa frontera. Coloca la superficie vibrante de un dispositivo de película delgada de niobato de litio bajo una pila compuesta por una capa de aislamiento de dióxido de silicio y una sobrecapa gruesa de silicio amorfo. Según HKUST, esa pila superior realiza tres funciones a la vez: redistribuye el esfuerzo mecánico, dispersa el calor desde los puntos calientes y compensa la expansión térmica para estabilizar la frecuencia.

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Las mejoras informadas fueron sustanciales. Bajo niveles de potencia idénticos, el transductor LAW registró un aumento de temperatura en estado estacionario de 5.2 °C, frente a 17.4 °C para un dispositivo de control TF‑SAW de última generación. HKUST indicó que el dispositivo LAW soportó una densidad de potencia inyectada de 45.61 dBm/mm² (36.4 W/mm²), es decir, 12.73 veces el umbral del TF‑SAW, manteniendo un coeficiente de temperatura de primer orden de la frecuencia de −13 ppm/°C entre −150 °C y 325 °C (−238 °F a 617 °F).

A −85 °C (−121 °F), el umbral aumentó hasta 49.45 dBm/mm² (88.11 W/mm²), lo que según HKUST supuso un incremento de 13.85 veces respecto al umbral del TF‑SAW, un resultado que el equipo considera relevante para sistemas acústicos cuánticos criogénicos.

«Durante décadas, la comunidad aceptó dos 'supuestos': que la superficie de un dispositivo de onda acústica debe permanecer abierta al aire, y que la operación a alta potencia estaba fuera de alcance. Hemos demostrado que ambos supuestos pueden romperse al mismo tiempo.»

Yang afirmó que el enfoque podría ayudar a llevar la tecnología acústica más allá de componentes de señal pequeña hacia aplicaciones que incluyen conectividad satelital directa a teléfonos móviles, redes 6G y conversión de energía. Qian añadió que la arquitectura hace más que enfriar el dispositivo: reduce el esfuerzo máximo que impulsa la migración de metales a aproximadamente una cuarta parte, con el objetivo de abordar la falla en su origen.

HKUST afirma que los principios de diseño deberían aplicarse ampliamente en sistemas acústicos basados en transductores interdigitales, con posible uso en filtros RF de próxima generación, circuitos acústicos cuánticos, sistemas acousto‑ópticos y microfluídicos, y módulos miniaturizados de conversión de potencia no magnéticos.

El DOI del artículo es 10.1038/s41467-026-72102-7.