В современную эпоху стремительного технологического прогресса наши требования к портативным электронным устройствам постоянно растут. Нам нужны не только более высокая скорость обработки данных и более длительное время автономной работы, но и чрезвычайно тонкие и легкие конструкции. В то время как достижения последних лет в основном были сосредоточены на улучшении технологии отображения на экране или производительности процессоров, недавний прорыв в области физики может полностью изменить логику работы устройств в наших карманах. Группа ведущих инженеров из США недавно разработала технологию, способную создавать «микроземлетрясения» на поверхности микросхем. Это невидимое нововведение считается ключевым элементом головоломки для беспроводного коммуникационного оборудования следующего поколения.
В основе этой технологии лежит не привычный оптический лазер, а новый механизм, основанный на звуковых колебаниях. Благодаря междисциплинарному сотрудничеству между Университетом Колорадо в Боулдере, Университетом Аризоны и Национальными лабораториями Сандиа, исследовательская группа успешно разработала новый тип микрочипа, который использует характеристики передачи звуковых волн по поверхностям материалов для обработки сигналов с чрезвычайно высокой эффективностью. Это исследование, опубликованное в престижном журнале *Nature*, не только знаменует собой упрощение внутренней структуры смартфонов, но и может открыть новую эру высокой производительности для носимых устройств и устройств Интернета вещей.
Оглавление
Освоение микросейсмических волн на микросхемах
В основе этой революционной технологии лежит так называемый «поверхностный акустический волновой фононный лазер». Чтобы помочь широкой публике понять этот сложный физический термин, исследователи использовали наглядную аналогию: представьте себе землетрясение на поверхности Земли, где мощные сейсмические волны распространяются вдоль поверхности; подобное явление происходит и на этом крошечном чипе, за исключением того, что эти «сейсмические волны» контролируются на микроскопическом уровне и точно направляются, становясь мощным инструментом для передачи информации. Эти механические волны скользят только по самому внешнему слою материала и не проникают глубоко внутрь — именно в этом и заключается их изобретательность.
На самом деле, технология поверхностных акустических волн (ПАВ) уже существует в нашей повседневной жизни. От смартфонов и пультов дистанционного управления гаражными воротами до GPS-приемников в навигационных системах — эти устройства используют звуковые волны для фильтрации шума и обеспечения чистоты сигнала. Однако традиционные технологии часто требуют множества компонентов для преобразования и фильтрации сигнала, что не только занимает много места, но и неэффективно. На этот раз исследовательская группа разработала новое устройство, которое успешно объединяет эти функции в одном чипе и, благодаря инновационному лазерному механизму, придает этим крошечным вибрационным волнам беспрецедентную интенсивность и точность, подобно созданию сфокусированного лазерного луча с помощью звука.
Физическое чудо композитных материалов
Создание этого нового чипа стало возможным благодаря сложной многослойной структуре материалов. Нижний слой изготовлен из кремния, наиболее распространенного базового материала в современной электронике; над кремнием расположен слой пьезоэлектрического материала, называемого ниобатом лития. Ниобат лития обладает уникальным физическим свойством: он генерирует электрическое поле при вибрации и, наоборот, вибрирует при наличии электрического поля, тем самым выступая в качестве связующего звена между электрическими сигналами и механическим движением. Верхний слой — это арсенид индия-галлия, задача которого — ускорять электроны при протекании через него тока, передавая энергию всей системе.
При включении питания чипа слой арсенида индия-галлия ускоряет электроны, что, в свою очередь, вызывает вибрацию слоя ниобата лития, генерируя поверхностные акустические волны (ПАВ). Этот процесс имеет сложную конструкцию: звуковые волны отражаются друг от друга между миниатюрными зеркалами внутри чипа, приобретая энергию при каждом распространении благодаря электронам. Исследователи объясняют, что, хотя звуковые волны теряют большую часть своей энергии при обратном распространении, система специально разработана таким образом, чтобы энергия, полученная при прямом распространении, значительно превышала потери, обеспечивая тем самым эффект усиления, аналогичный оптическим лазерам, и в конечном итоге высвобождая стабильную и мощную сигнальную волну.
Преодоление частотных ограничений и пространственных ограничений
В настоящее время этот прототип устройства работает на частоте приблизительно 1 гигагерц (ГГц), что означает, что он может генерировать миллиарды колебаний в секунду, что уже находится в пределах частотного диапазона, необходимого для современных беспроводных коммуникаций. Однако это только начало. Исследовательская группа уверена, что благодаря постоянной оптимизации и усовершенствованию частота этого фононного лазера в будущем потенциально может достигать десятков или даже сотен гигагерц. Это значительно превзойдет пределы существующих устройств на поверхностных акустических волнах, обеспечив более высокую скорость обработки сигналов и более четкие фильтрующие эффекты, что откроет путь для будущих сетей связи 5G и даже 6G.
Помимо повышения производительности, эта технология оказывает глубокое влияние на дизайн аппаратного обеспечения. Современные смартфоны имеют крайне ограниченное внутреннее пространство, и для обработки сложных беспроводных сигналов производителям часто приходится размещать множество радиокомпонентов, что является одной из причин, почему сложно сделать телефоны тоньше. Новая технология означает, что в будущем один чип сможет выполнять задачи, которые ранее требовали нескольких компонентов. Это не только освобождает ценное внутреннее пространство, позволяя создавать более тонкие и компактные телефоны, но и снижает общее энергопотребление, решая наиболее проблемные вопросы времени автономной работы и теплоотвода современных мобильных устройств.
Инженерное видение, призванное положить конец эпохе отдельных электронных устройств.
Это изобретение — не просто модернизация аппаратных характеристик; оно представляет собой сдвиг в инженерном проектировании. Долгое время мы чрезмерно полагались на простой поток электронов для передачи информации. Теперь инженеры обращаются к использованию «фононов» и механических волн, чтобы помочь или даже заменить некоторые функции традиционной электроники. Это междисциплинарное применение, объединяющее акустику, оптику и электронику, переосмысливает наше понимание вычислительной техники и связи. Помимо мобильных телефонов, эти вибрационные чипы в будущем будут широко использоваться в носимых устройствах, высокопроизводительном сетевом оборудовании и радиолокационных системах.
Как заявила исследовательская группа, этот фононный лазерный чип подобен долгожданному последнему звену в цепи беспроводных коммуникаций. С развитием и коммерциализацией этой технологии мы вот-вот станем свидетелями тихой революции. Будущие технологические достижения могут заключаться уже не просто в увеличении разрешения экрана или количества пикселей в линзах, а в этих крошечных чипах, скрытых под корпусом, которые незаметно меняют принцип работы мира, используя законы физики. Эта технологическая волна, вызванная «микроземлетрясением», готова прокатиться по мировой электронной промышленности.
Ссылки
- «Мини-землетрясения» в производстве микросхем! США разрабатывают акустическую фотонику, которая потенциально может сделать мобильные телефоны тоньше.
- This chip can make future phones thinner and faster through tiny ‘earthquakes’
- “The Waves From an Earthquake, Only On the Surface of a Small Chip”: This Vibrating Laser May Be the Future of Wireless Technology
Что касается измельчения, мы предлагаем индивидуальные настройки и можем регулировать соотношение в соответствии с требованиями обработки для достижения максимальной эффективности.
Если после прочтения текста вы все еще не знаете, как выбрать наиболее подходящий вариант.
Добро пожаловать, свяжитесь с нами, у нас есть кто-то, кто ответит на ваши вопросы.
Если вам нужна индивидуальная расценка, пожалуйста, свяжитесь с нами.
Часы работы службы поддержки клиентов: с понедельника по пятницу с 09:00 до 18:00.
Тел: 07 223 1058
Если у вас есть какие-либо вопросы или вопросы, на которые вы не смогли ответить по телефону, пожалуйста, отправьте мне личное сообщение на Facebook~~
Фейсбук Хоневэй: https://www.facebook.com/honwaygroup
Вас также может заинтересовать…
[wpb-random-posts]
