В США создали одночиповый фононный лазер — для прорыва в беспроводную связь будущего
Группа исследователей в США разработала новый тип лазера, который генерирует на чипе поверхностные акустические волны (SAW), напоминающие по поведению маленькие «землетрясения». Эти волны распространяются только по поверхности материала, и они широко используются в современной электронике для обработки радиосигналов. Одночиповое решение обещает значительно изменить будущее устройств беспроводной связи — компактных и эффективных.
Источник изображения: Sandia National Laboratories
Над разработкой трудился сводный коллектив учёных из Университета Колорадо в Боулдере (University of Colorado at Boulder), Университета Аризоны (University of Arizona) и Национальных лабораторий Сандия (Sandia National Laboratories). О результате рассказано в свежем выпуске журнала Nature. Лазер возбуждает излучение в виде потока квазичастиц фононов — это кванты колебаний атомов в твёрдом теле, которые распространяются по поверхности материала в виде волновых возмущений, как это происходит в случае землетрясений. Как и положено волнам, они могут усиливаться, резонировать и фильтроваться, оказывая влияние на обрабатываемый радиосигнал.
Сегодня обычные SAW-архитектуры уже применяются в мобильных телефонах, GPS-приёмниках и радиолокационных системах для фильтрации сигналов и удаления шумов. Новая разработка в виде фононного лазера выводит использование поверхностных акустических волн на новый уровень, позволяя эффективно обрабатывать радиосигналы на очень высоких частотах с питанием от маломощных батарей, что делает устройство более компактным и энергоэффективным.
Конструкция устройства представляет собой микроскопическую структуру длиной около 0,5 мм, состоящую из слоёв кремния, ниобата лития и арсенида индия-галлия. Эти материалы обеспечивают эффективное взаимодействие электрических полей и акустических колебаний: электрический ток возбуждает колебания в ниобате лития, которые отражаются и усиливаются в замкнутом контуре, аналогично свету в зеркальном резонаторе обычного лазера. В экспериментах частота SAW-волн достигала примерно 1 ГГц, но исследователи считают, что в будущем возможно достижение десятков или сотен гигагерц, что будет необходимо для дальнейшего увеличения пропускной скорости каналов связи.
Главное практическое значение представленной технологии заключается в том, что она может объединить функции нескольких радиочастотных компонентов на одном чипе, что позволит создавать меньшие, более быстрые и энергоэффективные беспроводные устройства. Это означает, что смартфоны и прочая беспроводная электроника смогут обходиться без множества отдельных фильтров и преобразователей, что сделает радиотехнику проще и производительнее.
© 3DNews
