Команда ученых из Университета Колорадо в Боулдере, Университета Аризоны и Национальной лаборатории Сандия достигла ключевого прогресса в области технологии чипов. Разработанный ими лазер на поверхностных акустических волнах (фононный лазер) может способствовать развитию чипов для беспроводных устройств, таких как смартфоны, в направлении большей точности, компактности и скорости. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Поверхностные акустические волны (SAW) распространяются аналогично звуковым волнам, но только по поверхности материала. В повседневной жизни устройства на ПАВ широко применяются и встречаются в современных телефонах, брелоках, пультах для гаражных ворот, GPS-приемниках и радиолокационных системах. В смартфонах ПАВ уже используются в качестве миниатюрных фильтров, помогая чипам отсеивать нежелательные сигналы и шум.
В данном исследовании команда разработала новый метод генерации ПАВ с использованием «фононного лазера». Традиционные устройства на ПАВ требуют двух чипов и источника питания, тогда как новое устройство для генерации ПАВ с более высокой частотой требует всего одного чипа и питания от батареи. Ведущий автор исследования Александр Винтер образно описал: «Вы можете представить это как сейсмическую волну, только происходящую на поверхности маленького чипа».
Принцип работы нового устройства заимствован у традиционных лазеров, но адаптирован для ПАВ. Команда разработала полосовое устройство длиной около полумиллиметра, состоящее из слоев кремниевой пластины, ниобата лития и арсенида индия-галлия. Когда ток проходит через арсенид индия-галлия, в слое ниобата лития формируется волна, которая усиливается за счет отражения, и часть волны излучается с одной стороны, генерируя ПАВ с частотой около 1 ГГц. Исследователи считают, что частоту можно легко увеличить до десятков или даже сотен ГГц, что значительно превышает максимальную частоту традиционных устройств на ПАВ, составляющую около 4 ГГц.
Старший автор исследования Мэтт Айкенфилд заявил, что новое устройство может привести к созданию более компактных, производительных и энергоэффективных беспроводных устройств. Команда надеется упростить процесс обработки сигналов в смартфонах, разработав единый чип, способный выполнять всю обработку исключительно с помощью поверхностных акустических волн. Айкенфилд сказал: «Фононный лазер — это последний домино, которое нам нужно было опрокинуть. Теперь мы можем использовать одну и ту же технологию для создания всех компонентов, необходимых для радио, на одном чипе».
Подробности публикации: Автор: Matt Eichenfield, Название: «Электрически инжектируемый твердотельный фононный лазер на поверхностных акустических волнах», Опубликовано в: «Nature», Информация о журнале: arXiv
