این فناوری می تواند راه را برای دستگاه های بی سیم کوچکتر و قدرتمندتر هموار کند

اگر هدفون‌های بی‌سیم شما می‌توانست همان کاری را که گوشی‌های شما انجام می‌دهد، اما بهتر انجام دهد، چه می‌شد؟ دسته جدیدی از مواد مصنوعی می تواند راه را برای این دستگاه های بی سیم انقلابی هموار کند. این دستگاه ها بسیار کوچکتر هستند و به قدرت و قدرت سیگنال کمتری نیاز دارند. کلید دستیابی به این فناوری چیزی است که دانشمندان آن را آکوستیک می نامند.

آکوستیک شبیه فوتونیک است و هر دو از قوانین فیزیک یکسانی استفاده می کنند. با این تفاوت که فوتونیک از ذرات نور (فوتون) استفاده می کند، در حالی که آکوستیک از فونون ها استفاده می کند. فونون ها در فیزیک شبه ذرات هستند که ارتعاشات مکانیکی را از طریق مواد منتقل می کنند. مانند صدا، اما فرکانس آن بسیار بالاتر از صدا است.

محققان دانشگاه آریزونا در یک مطالعه جدید یک قدم به کاربردهای عملی مبتنی بر صدا نزدیک‌تر شده‌اند. آنها با ترکیب مواد نیمه هادی و پیزوالکتریک بسیار خاص توانستند برهمکنش های غیرخطی قابل توجهی بین فونون ها ایجاد کنند. آنها نتایج این تحقیق را در مجله Nature Materials منتشر کردند.

گوشی های هوشمند حدود 30 فیلتر دارند که امواج رادیویی را به امواج صوتی تبدیل می کنند و بالعکس. این فیلترهای پیزوالکتریک را پردازنده های جلویی (سمت کاربر) می نامند و یکی از اجزای ضروری در دریافت و انتقال اطلاعات می باشند.

از آنجایی که این پردازنده ها را نمی توان از همان موادی مانند تراشه های سنتی مانند سیلیکون ساخت، ابعاد گوشی های هوشمند بسیار بزرگ می شود. تعدد این فیلترها و تبدیل امواج مکرر باعث افزایش از دست رفتن اطلاعات و عملکرد ضعیف دستگاه می شود.

فناوری صوتی چگونه کار می کند؟

فونون ها معمولاً به صورت کاملاً خطی رفتار می کنند، یعنی با یکدیگر تعامل ندارند. آکوستیک غیرخطی به فرآیندهایی در مواد معینی اطلاق می شود که در آن فونون ها می توانند با یکدیگر تعامل داشته باشند.

محققان دانشگاه آریزونا موادی به نام “غیرخطی های صوتی غول پیکر” ساخته اند. اینها مواد مصنوعی هستند که در آنها فونون ها با یکدیگر بسیار قوی تر از مواد معمولی تعامل دارند.

محققان نشان دادند که در این فناوری مواد آکوستیک جدید، یک پرتو فونون می تواند فرکانس دیگری را تغییر دهد. علاوه بر این، آنها نشان دادند که فونون ها را می توان به روش هایی دستکاری کرد که قبلا فقط در دستگاه های الکترونیکی مبتنی بر ترانزیستور امکان پذیر بود.

تیم تحقیقاتی دانشگاه آریزونا این مواد را با ترکیب مواد بسیار خاص در دستگاه های میکروالکتریک تولید کردند. آنها یک ویفر سیلیکونی را با یک لایه نازک از نیوبات لیتیوم (ماده ای که در دستگاه های پیزوالکتریک و گوشی های هوشمند استفاده می شود) پوشاندند و سپس یک لایه بسیار نازک (کمتر از 100 اتم) از یک نیمه هادی متشکل از آرسنید گالیم ایندیم اضافه کردند.

امواج صوتی که از این ماده عبور می کنند، توزیع بارهای الکتریکی را در پوشش نیمه هادی تغییر می دهند. این اجازه می دهد تا امواج صوتی به شیوه ای کنترل شده برای کاربردهای مختلف ترکیب شوند.

به این ترتیب می توان تمامی اجزای مورد نیاز برای پردازنده های سیگنال رادیویی را با استفاده از تکنیک های امواج صوتی تولید کرد. این فناوری نیازی به مواد الکترونیکی مبتنی بر ترانزیستور ندارد و با استانداردهای استاندارد ساخت ریزپردازنده سازگار است.

توانایی ساخت تمام اجزای مورد نیاز برای ساخت یک پردازنده رادیویی جلویی بر روی یک تراشه واحد، تولیدکنندگان را قادر می‌سازد تا اندازه تلفن‌های همراه و سایر دستگاه‌های ارتباطی بی‌سیم را تا 100 برابر کاهش دهند.