Маленькі землетруси. Новий мікрочип створює вібрації, щоб покращити роботу смартфонів

Вчені зі США розробили новий мікрочип, який працює за принципом контрольованих мікроскопічних вібрацій. Ці вібрації настільки малі, що дослідники порівнюють їх із «найменшими землетрусами, які тільки можна уявити». Розробка може суттєво змінити роботу смартфонів і зробити їх швидшими, тоншими та енергоефективнішими.

Про це пише видання Interesting Engineering.

Над пристроєм працювали науковці з Університету Колорадо в Боулдері, Університету Аризони та Національних лабораторій Sandia. Вони створили так званий фононний лазер поверхневих акустичних хвиль.

Поверхневі акустичні хвилі — це вібрації, які поширюються лише по верхньому шару матеріалу. За принципом дії вони схожі на сейсмічні хвилі під час землетрусів, але в мікроскопічному масштабі. Великі такі хвилі можуть руйнувати будівлі, а малі вже давно використовують в електроніці — зокрема у смартфонах, GPS та радарних системах.

Коли людина надсилає повідомлення або користується навігацією, телефон уже застосовує ці хвилі. Вони працюють як фільтри — прибирають зайві перешкоди, щоб сигнал залишався чітким. Проблема в тому, що нинішні технології громіздкі: вони потребують кількох чипів і працюють на частоті близько 4 гігагерц.

Новий підхід полягає у використанні фононного лазера — пристрою, який схожий на звичайний лазер, але випромінює не світло, а вібрації. Один з авторів дослідження пояснив, що це можна уявити як хвилі від землетрусу, тільки на поверхні крихітного чипа.

На відміну від існуючих рішень, новий пристрій поєднує всі необхідні елементи на одному чипі. Він працює від простої батареї й може досягати вищих частот, ніж попередні технології.

Пристрій створили за аналогією з діодним лазером, стандартом у сучасній електроніці. Такі лазери не потребують складних систем живлення, достатньо батареї або простої напруги. Один із дослідників зазначив, що саме цю ідею команда хотіла перенести на технологію поверхневих акустичних хвиль.

Сам чип має форму тонкої смужки довжиною близько пів міліметра. Його основа — кремній. Над ним розташований шар ніобату літію, матеріалу, який перетворює електричні сигнали на механічний рух. Завершує конструкцію тонка плівка з індій-галій-арсеніду, яка посилює рух електронів.

Завдяки такій будові електрони й вібрації взаємодіють напряму, підсилюючи одна одну. Коли пристрій отримує живлення, хвилі багаторазово відбиваються всередині й з кожним разом стають сильнішими.

Під час випробувань чип уже досяг частоти 1 гігагерц, а в майбутньому технологію планують масштабувати до сотень гігагерц.

Зараз смартфон складається з багатьох окремих радіокомпонентів. Нова розробка може дозволити розмістити приймачі, фільтри й передавачі на одному чипі. Це відкриває шлях до тонших телефонів, довшої роботи батареї та швидшого бездротового зв’язку.