Технология, вдъхновена от земетресения, която може да направи смартфоните по-малки и по-бързи „Устройствата, базирани на повърхностни акустични вълни, са от решаващо значение за много от най-важните технологии в света“, казват авторите на новото проучване.
Възможно ли е да се запази настоящата производителност, като същевременно се намали размерът на мобилния телефон?
Отговорът е в нова технология, способна да генерира „най-малките земетресения, които можем да си представим“. Пробив, който обещава да намали размера на смартфоните, да увеличи скоростта им и да подобри енергийната им ефективност. Напредъкът, публикуван в Nature, се основава на изключителния контрол на повърхностните акустични вълни. Физическо явление, което неочаквано свързва чип инженерството с динамиката на големите земетресения.
Технологията е разработена от екип, ръководен от Мат Айхенфийлд, инженер в Университета на Колорадо в Боулдър, заедно с учени от Университета на Аризона и Националните лаборатории на Сандия. Целта им е била да преосмислят един от съществени компоненти на съвременните технологии: устройствата, които филтрират и обработват радиосигнали в мобилни телефони, GPS, радари и дистанционни управления. „Устройствата, базирани на повърхностни акустични вълни, са от решаващо значение за много от най-важните технологии в света“, обясни Айхенфийлд. „Те са във всички съвременни мобилни телефони, електронни ключове, GPS приемници, радарни системи и много други.“
Тези повърхностни акустични вълни, известни като SAW, се държат подобно на звуковите вълни, но не преминават през вътрешността на материала, а само по неговата повърхност. При големи земетресения тези вълни се разпространяват по земната повърхност и са отговорни за голяма част от щетите. Върху чип обаче тяхната микроскопична версия служи за преобразуване на радиосигналите в механични вибрации, филтриране на нежелания шум и трансформирането им обратно в чисти електромагнитни вълни. Досега генерирането и контролирането на тези вълни изискваше няколко различни чипа и сравнително сложни източници на енергия. Новото устройство, разработено от екипа на Айхенфийлд, променя това чрез лазер, който не излъчва светлина (фотони), а вибрации. „Това би било нещо подобно на земетръсните вълни, но върху повърхността на малък чип“, обобщава Александър Вендт, съавтор на изследването.
В лазерна показалка светлината се отразява между две микроскопични огледала, усилвайки се на всяка стъпка благодарение на взаимодействието си с атомите на полупроводниковия материал. Нещо подобно се случва и тук, но с механични вибрации. „Диодните лазери са крайъгълният камък на повечето оптични технологии, тъй като могат да се захранват от обикновена батерия“, потвърждава Айхенфийлд. „Искахме да създадем аналог на този тип лазер, но за повърхностни акустични вълни.“
Полученото устройство е с размери от половин милиметър и е съставено от деликатен пакет от материали. В основата му е силиций, същият материал, който доминира в съвременната електроника. Върху него е отложен слой от литиев ниобат, пиезоелектричен материал, способен да преобразува вибрациите в електрически полета и обратно. Над него, има по-тънък слой от индиево-галиев арсенид, който позволява на електроните да се ускоряват до високи скорости, дори при слаби електрически полета. Тази комбинация позволява на повърхностните вибрации да взаимодействат директно с електроните, усилвайки ги по контролиран начин. Когато се приложи електрически ток, вълните започват да отскачат вътре в устройството, като в миниатюрен басейн с вълни. С всяко движение напред те получават енергия, а с всяко движение назад я губят. „То губи почти 99% от мощността си, когато се движи назад, затова го проектирахме да получи достатъчно енергия по пътя напред, за да компенсира“, добавя Вендт. „След няколко отскока вълната се усилва и се освобождава малка част, подобно на светлина, излизаща от лазер.“ Екипът от Айхенфийлд вече е демонстрирал, че тяхното „микроземетресение“ може да осцилира с честоти около един гигагерц (милиарди вибрации в секунда) и е уверен, че може да достигне десетки или дори стотици гигагерци.
Това надвишава типичния лимит на настоящите SAW устройства, които рядко надвишават 4 гигагерца. Директният резултат би бил по-бърза, по-компактна и по-енергийно ефективна безжична електроника. В съвременния смартфон всяко съобщение, обаждане или интернет връзка включва множество радиосигнали, които многократно се преобразуват в акустични вълни и след това обратно в електромагнитни вълни, преминаващи през множество чипове. Мечтата на екипа е радикално да опрости този процес. „Сега можем буквално да произвеждаме всички компоненти, от които се нуждае едно радио, на един чип, използвайки същия вид технология.“
Коментари
:брой коментар