Инженеры создали «фононный лазер», который может уменьшить ваш следующий смартфон
Устройство генерирует сверхбыстрые поверхностные акустические волны на одном чипе и может стать основой для создания более компактных, мощных и энергоэффективных беспроводных устройств
Короткое резюме
Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере, Университета Аризоны и Национальных лабораторий Сандия создали первый в своём роде «фононный лазер» — устройство, генерирующее управляемые поверхностные акустические волны (SAW) на одном микрочипе. Оно работает по принципу, аналогичному диодному лазеру: механические колебания усиливаются, многократно отражаясь внутри резонатора, и в итоге выходят в виде мощного, когерентного пучка вибраций. Ключевым отличием от традиционных систем SAW является объединение всех компонентов (источника, резонатора, усилителя) на одном кристалле и возможность работы от простого источника питания, например, батареи.
Устройство представляет собой многослойную структуру из кремния (основа), пьезоэлектрического ниобата лития (генерирует волны) и тонкого слоя арсенида индия-галлия (усиливает колебания за счёт взаимодействия с быстрыми электронами). Оно уже продемонстрировало генерацию волн на частоте около 1 ГГц, но потенциал технологии, по мнению учёных, позволяет достичь десятков и даже сотен ГГц, что значительно превосходит пределы современных SAW-устройств (~4 ГГц).
Эта разработка имеет потенциал для революции в беспроводных технологиях. Сегодня в смартфонах для обработки радиосигналов используются несколько чипов, преобразующих радиоволны в SAW и обратно. Новый фононный лазер открывает путь к созданию единого чипа, который будет выполнять всю обработку сигнала с помощью поверхностных акустических волн, что сделает устройства меньше, быстрее и энергоэффективнее.
Первый интегрированный фононный лазер на чипе
Устройство впервые объединило генерацию, усиление и вывод поверхностных акустических волн на одном микрочипе по аналогии с диодным лазером, работающим от батареи
Многослойная структура для усиления волн
Ключевую роль играет слой арсенида индия-галлия, который взаимодействует с электронами, усиливая механические колебания в пьезоэлектрическом слое ниобата лития при каждом проходе волны вперёд
Потенциал для сверхвысоких частот
Технология продемонстрировала работу на 1 ГГц и может быть масштабирована до десятков и сотен ГГц, что превосходит возможности современных SAW-фильтров (~4 ГГц)
Основа для радикальной миниатюризации электроники
Разработка позволяет создавать все компоненты для обработки радиосигнала (фильтры, преобразователи) на одном чипе, что сулит создание более компактных и энергоэффективных смартфонов и беспроводных устройств
Текст сгенерирован с использованием ИИ
