Inżynierowie opracowali rewolucyjne urządzenie, które generuje mikroskopijne wibracje na chipie imitujące fizykę trzęsień ziemi. Ta innowacja, szczegółowo opisana w niedawnym badaniu Nature, może zrewolucjonizować bezprzewodowe przetwarzanie sygnału, prowadząc do powstania mniejszych, szybszych i bardziej energooszczędnych urządzeń elektronicznych.
Jak to działa: wykorzystanie powierzchniowych fal akustycznych
Urządzenie, zwane laserem powierzchniowej fali akustycznej (SAW), wytwarza szybkie, mikrometryczne wibracje na powierzchni chipa. Powierzchniowe fale akustyczne (SAW) są już stosowane jako filtry w smartfonach, przekształcające fale radiowe w wibracje mechaniczne w celu usunięcia niepożądanego hałasu. Jednakże istniejące systemy zazwyczaj wymagają wielu układów scalonych i zasilacza. Nowe rozwiązanie ma na celu skonsolidowanie tej funkcjonalności w jednym chipie.
Zespół osiągnął to poprzez ułożenie ultracienkich warstw materiałów: bazy krzemowej, niobianu litu (który przekształca sygnały elektryczne w wibracje) i arsenku indu i galu (półprzewodnika przyspieszającego elektrony). Urządzenie działa poprzez zwielokrotnianie wibracji odbitych w konstrukcji, podobnie jak lasery wzmacniają światło między zwierciadłami.
„Wyobraźcie sobie to prawie jak fale trzęsienia ziemi, ale na powierzchni małego chipa”. — Alexander Vent, główny autor badania
Dlaczego to ma znaczenie: przyszłość technologii bezprzewodowej
Znaczenie leży w jego potencjale upraszczania przetwarzania sygnału. Dzisiejsze telefony wykorzystują wiele chipów do konwersji fal radiowych na SAW i odwrotnie. Celem jest zintegrowanie całego procesu w jednym chipie, co umożliwi uzyskanie znacznie wyższych częstotliwości zasilanych ze standardowych baterii smartfonów.
Chociaż SAW są koncepcyjnie podobne do fal sejsmicznych wytwarzanych przez trzęsienia ziemi, ich skala jest zupełnie inna. Urządzenie zespołu generuje fale o częstotliwości około 1 gigaherca (miliardów wibracji na sekundę) i uważa się, że można je skalować do dziesiątek, a nawet setek gigaherców, przekraczając możliwości obecnych urządzeń SAW, które zwykle osiągają częstotliwość 4 GHz.
Wpływ na urządzenia codziennego użytku
Technologia SAW jest już szeroko rozpowszechniona i zasila breloki samochodowe, piloty do bram garażowych, odbiorniki GPS i systemy radarowe. To nowe osiągnięcie ma charakter nie tylko teoretyczny; rozwiązuje prawdziwe wąskie gardło współczesnej elektroniki. Dostarczając spójne SAW w jednym chipie, bez konieczności stosowania zewnętrznych źródeł RF, badacze pokonali poważną przeszkodę.
Konsekwencje są jasne: przyszłe urządzenia bezprzewodowe będą mogły skuteczniej filtrować i kierować sygnały, zużywając mniej energii i zajmując mniej miejsca. Zespół wierzy, że ten „laser fononowy” to kluczowy krok w kierunku uzyskania w pełni zintegrowanych komponentów bezprzewodowych.
Sukces tego rozwoju otwiera możliwość tworzenia całych radiotelefonów na jednym chipie, optymalizując komunikację bezprzewodową i potencjalnie przyspieszając rozwój technologii mobilnych nowej generacji.
