Маленькие землетрясения. Новый микрочип создает вибрации, чтобы улучшить работу смартфонов

Об этом пишет издание Interesting Engineering.

Над устройством работали ученые из Университета Колорадо в Боулдере, Университета Аризоны и Национальных лабораторий Sandia. Они создали так называемый фононный лазер поверхностных акустических волн.

Поверхностные акустические волны — это вибрации, которые распространяются только по верхнему слою материала. По принципу действия они похожи на сейсмические волны во время землетрясений, но в микроскопическом масштабе. Большие такие волны могут разрушать здания, а малые уже давно используют в электронике — в частности в смартфонах, GPS и радарных системах.

Когда человек отправляет сообщения или пользуется навигацией, телефон уже применяет эти волны. Они работают как фильтры — убирают лишние помехи, чтобы сигнал оставался четким. Проблема в том, что нынешние технологии громоздкие: они требуют нескольких чипов и работают на частоте около 4 гигагерц.

Новый подход заключается в использовании фононного лазера — устройства, которое похоже на обычный лазер, но излучает не свет, а вибрации. Один из авторов исследования объяснил, что это можно представить как волны от землетрясения, только на поверхности крошечного чипа.

В отличие от существующих решений, новое устройство сочетает все необходимые элементы на одном чипе. Оно работает от простой батареи и может достигать более высоких частот, чем предыдущие технологии.

Устройство создали по аналогии с диодным лазером, стандартом в современной электронике. Такие лазеры не требуют сложных систем питания, достаточно батареи или простого напряжения. Один из исследователей отметил, что именно эту идею команда хотела перенести на технологию поверхностных акустических волн.

Сам чип имеет форму тонкой полоски длиной около полумиллиметра. Его основа — кремний. Над ним расположен слой ниобата лития, материала, который преобразует электрические сигналы в механическое движение. Завершает конструкцию тонкая пленка из индий-галлий-арсенида, которая усиливает движение электронов.

Благодаря такому строению электроны и вибрации взаимодействуют напрямую, усиливая друг друга. Когда устройство получает питание, волны многократно отражаются внутри и с каждым разом становятся сильнее.

Во время испытаний чип уже достиг частоты 1 гигагерц, а в будущем технологию планируют масштабировать до сотен гигагерц.

Сейчас смартфон состоит из многих отдельных радиокомпонентов. Новая разработка может позволить разместить приемники, фильтры и передатчики на одном чипе. Это открывает путь к более тонким телефонам, более долгой работе батареи и более быстрой беспроводной связи.