Mihin fononiikasta onkaan?

Arizonan yliopiston ja Sandia National Laboratoriesin tutkijoiden mukaan uudet fononiikkamateriaalit voivat johtaa pienempiin ja tehokkaampiin langattomiin laitteisiin

Yhdistämällä pitkälle erikoistuneita puolijohdemateriaaleja ja pietsosähköisiä materiaaleja, joita ei tavallisesti käytetä yhdessä, tutkijat pystyivät luomaan jättimäisiä epälineaarisia vuorovaikutuksia fononien välille.

Yhdessä aikaisempien, samoista materiaaleista valmistettujen fononisten vahvistimien esittelyn myötä tämä avaa mahdollisuuden tehdä langattomista laitteista, kuten älypuhelimista tai muista datalähettimistä, pienempiä ja tehokkaampia.

"Useimmat ihmiset olisivat luultavasti yllättyneitä kuullessaan, että heidän matkapuhelimensa sisällä on noin 30 suodatinta, joiden ainoa tehtävä on muuttaa radioaallot ääniaalloiksi ja takaisin", sanoo Arizonan Matt Eichenfield yliopistonsa tiedotteessa.

"Tavallisesti fononit käyttäytyvät täysin lineaarisesti, mikä tarkoittaa, että ne eivät ole vuorovaikutuksessa toistensa kanssa", hän toteaa."

Heidän tutkimuksensa nimi onkin, Jättiläinen elektronivälitteinen fononinen epälineaarisuus puolijohde-pietsosähköisissä heterorakenteissa.

Uusilla fononiikan materiaaleilla tutkijat osoittivat, että yksi fononinsäde voi itse asiassa muuttaa toisen säteen taajuutta. Lisäksi he osoittivat, että fononeja voidaan manipuloida tavoilla, jollaisia voidaan toteuttaa vain transistoripohjaisella elektroniikalla - tähän asti.

Ryhmä on työskennellyt tavoitteenaan saada kaikki radiotaajuisten signaaliprosessorien komponentit, jotka käyttävät akustisia aaltoteknologioita transistoripohjaisen elektroniikan sijasta yhdelle sirulle tavalla, joka on yhteensopiva mikroprosessorien normaalin valmistuksen kanssa, ja uusin julkaisu todistaa, että se voidaan tehdä.

Eichenfieldin mukaan, ”kaikkien radiotaajuisen etuasteen tekemiseen tarvittavien komponenttien saaminen yhteen siruun voi kutistaa laitteita, kuten matkapuhelimia ja muita langattomia viestintälaitteita, jopa 100-kertaisesti,.

Lisäämällä indium-galliumarsenidipuolijohteen Eichenfieldin ryhmä loi ympäristön, jossa materiaalin läpi kulkevat akustiset aallot vaikuttavat sähkövarausten jakautumiseen indiumgalliumarsenidipuolijohdekalvossa, mikä saa akustiset aallot sekoittumaan tietyillä tavoilla, joita voidaan hallita, avaten järjestelmän erilaisille sovelluksille.

"Kun yhdistimme nämä materiaalit oikealla tavalla, pystyimme kokeellisesti käyttämään uutta fononisen epälineaarisuuden järjestelmää", sanoi Sandian insinööri Lisa Hackett, paperin johtava kirjoittaja. "Tämä tarkoittaa, että meillä on tie eteenpäin kehittää korkean suorituskyvyn tekniikkaa radioaaltojen lähettämiseen ja vastaanottamiseen, joka on pienempää kuin koskaan ollut mahdollista."

"Tehokas epälineaarisuus, jonka voit luoda näillä materiaaleilla, on satoja tai jopa tuhansia kertoja suurempi kuin ennen oli mahdollista, mikä on hullua", Eichenfield jatkaa. "Jos voisit tehdä saman epälineaariselle optiikalle, mullistaisit kyseisen alan."

Aiheesta aiemmin:

Pietsosähköakustiikalla kevyempää RF-tekniikkaa

Vahvat magneetit tuovat uutta käännettä fononeihin