Felületi akusztikus hullámok: az alapok
Konkrétabban a SAW-ok olyan rezgések, amelyek – a hanghullámokhoz hasonlóan – energiát szállítanak, de nem a levegőn vagy a test belsejében terjednek, hanem csak a felület mentén. Egy nagyobb földrengés során ilyen hullámok is kialakulnak, amelyek még az épületeket is megremegtetik, de mikroszkopikus méretben már régóta nélkülözhetetlenek a technológiában. Az okostelefonoktól a garázsnyitókig, a GPS-en át a radarokig mindenhol ott vannak ezek a felületi hullámok, hiszen a jeleket elképesztő pontossággal szűrik.
Hogyan működik a SAW az okostelefonodban?
Az okostelefon belsejében a felületi akusztikus hullámok rendkívül precíz szűrőként működnek. A mobilhálózatból érkező rádiójeleket először kis mechanikai rezgésekké alakítják, így a készülék képes a hasznos jeleket elválasztani a zavaró háttérzajtól. A megtisztított rezgések ezután visszaalakíthatók rádióhullámmá, amelyből a telefon információt nyerhet.
A friss fejlesztés kulcsa, hogy a kutatók egy teljesen új, lézerszerű módszert dolgoztak ki a hullámok előállítására: a fononlézert. Míg egy egyszerű lézer fényt bocsát ki, addig ez a szerkezet szabályozott rezgéseket kelt.
A fononlézer működése: rezgések, nem fény
A hagyományos lézereknél, mint például a félvezető diódalézereknél, a fény két tükör között pattog, az elektromos áram pedig a fényt erősíti. A mostani kutatásban ezt a mintát követve alkották meg a „rezgések lézerét”: egy félmilliméteres, rúdszerű szerkezetet, amely egyetlen chipre integrálható.
A szerkezetben szilícium adja az alapot, amelyre egy vékony réteg lítium-niobát kerül – ez a piezoelektromos réteg mechanikai rezgésre elektromos teret kelt, és fordítva, elektromos impulzusra rezgést indít. A tetején egy rendkívül vékony indium-gallium-arzenid lemez található, amely kiemelkedő elektronmobilitásának köszönhetően már kis feszültség mellett is nagy sebességre gyorsítja az elektronokat. Ezek a rétegek együttműködve képesek a felületi hullámokat és az elektronokat közvetlenül összekapcsolni.
A hullámok a lítium-niobát felületén terjednek, majd egy reflektorról visszaverődnek, miközben minden előrehaladó körben erősödnek, a visszaverődő szakaszban viszont az energiájuk jelentős része elvész. A rendszert azonban úgy tervezték, hogy a haladó hullám mindig kellően nagy nyereséget kapjon, így végül a rezgések egy része „kitör” a chip egyik oldalán – akárcsak a lézernél a fény.
Mit hozhat a jövő?
A kutatók ezzel a módszerrel nagyjából 1 gigahertzes, vagyis másodpercenként közel egymilliárd rezgést produkáló hullámokat generáltak. Ez az érték a jelenlegi, átlagosan legfeljebb 4 gigahertzet teljesítő eszközökhöz képest jelentős gyorsulás – és a modell szerint a technológia akár több száz gigahertzig is fejleszthető.
A cél, hogy a jövőben az okostelefonok összes rádiós jelfeldolgozásához elég legyen egyetlen chip, amely kizárólag felületi hullámokat használ – így az eszközök kisebbek, erősebbek, energiatakarékosabbak lehetnek, és egyszerűbbé válik a gyártás. A fentiek tükrében az új fononlézeres technológia akár egy teljesen új, kompaktabb kommunikációs korszak kezdetét is jelentheti a mobiltelefonok és más vezeték nélküli eszközök számára.
