« Tremblement de terre sur puce » utilise des lasers « phonons » pour rendre les appareils mobiles plus efficaces

Les ingénieurs ont créé un dispositif qui produit de minuscules vibrations semblables à celles d’un tremblement de terre à la surface d’une puce. Ils disent qu’il pourrait un jour être exploité pour le traitement du signal dans l’électronique quotidienne, ouvrant potentiellement la voie à des appareils sans fil plus petits, plus rapides et plus efficaces.

Dans une nouvelle étude publiée le 14 janvier dans la revue Natureles scientifiques ont décrit leur appareil comme une onde acoustique de surface (SAW) laser à phonons qui génère de très petites vibrations rapides.

« Pensez-y presque comme aux vagues d’un tremblement de terre, seulement à la surface d’un petit éclat », a déclaré l’auteur principal de l’étude. Alexandre Wendtun étudiant diplômé du Wyant College of Optical Sciences de l’Université de l’Arizona, a déclaré dans un déclaration.

Dans la nature, les SAW sont produites à grande échelle lorsque plaques tectoniques glisser l’un contre l’autre et provoquer tremblements de terre.

Les SAW sont également utilisées comme filtres dans les smartphones pour aider à nettoyer les signaux sans fil. La radio d’un téléphone reçoit ondes radio provenant d’une tour de téléphonie cellulaire, puis les convertit en minuscules vibrations mécaniques, permettant ainsi aux puces d’éliminer plus facilement les bruits indésirables.

Plusieurs puces convertissent les ondes radio en SAW et inversement chaque fois que vous envoyez un SMS, passez un appel ou accédez à Internet.

SCIES dans la technologie moderne

Bien qu’elles soient conceptuellement similaires aux ondes sismiques de surface émises par les tremblements de terre, les SAW sont beaucoup trop petites pour être mesurées à une échelle telle que l’échelle de magnitude du moment, utilisée pour estimer l’énergie libérée par le mouvement de la croûte terrestre.

Les dispositifs SAW sont essentiels à bon nombre des technologies les plus importantes au monde, auteur principal de l’étude Matt Eichenfieldprofesseur d’ingénierie quantique à l’Université du Colorado à Boulder, a déclaré dans le communiqué. Cela inclut les téléphones portables, les porte-clés, les ouvre-portes de garage, la plupart des récepteurs GPS et les systèmes radar.

Les scientifiques ont déclaré qu’une puce unique entièrement solide qui génère des SAW cohérentes à très hautes fréquences, sans avoir besoin d’une source de radiofréquence externe, n’a jamais été réalisée auparavant.

Les composants SAW traditionnels nécessitent généralement deux puces distinctes et une source d’alimentation. La conception de l’équipe visait à offrir des fonctionnalités similaires en utilisant une seule puce, permettant potentiellement d’alimenter des fréquences beaucoup plus élevées par une batterie de smartphone classique.

Les chercheurs ont construit l’appareil en empilant des couches ultrafines de différents matériaux de puce dans une minuscule « barre » d’environ 0,02 pouce (0,5 millimètre) de long.

Cela comprenait une base de silicium ; une fine couche de niobate de lithium, un type de cristal piézoélectrique qui convertit les signaux électriques en vibrations mécaniques ; et une dernière couche d’arséniure d’indium et de gallium, un matériau semi-conducteur capable d’accélérer les électrons à des vitesses extrêmement élevées lorsqu’ils sont exposés à un champ électrique.

Le système fonctionne en amplifiant de manière répétée les vibrations lorsqu’elles rebondissent à l’intérieur de la structure, de la même manière que la lumière s’intensifie dans un environnement. laser à diodes entre deux miroirs. Les vibrations de surface du niobate de lithium interagissent avec les électrons de l’arséniure d’indium et de gallium, augmentant ainsi l’énergie des ondes à mesure qu’elles avancent.

« Il perd près de 99% de sa puissance lorsqu’il recule, nous l’avons donc conçu pour obtenir un gain substantiel en avant pour battre cela », a déclaré Wendt dans le communiqué.

L’équipe a généré des ondes de surface d’environ 1 gigahertz – ce qui équivaut à des milliards de vibrations par seconde – et pense que la conception pourrait être poussée jusqu’à des dizaines ou des centaines de gigahertz. C’est bien au-delà des capacités des appareils SAW typiques, qui atteignent souvent environ 4 GHz, ont indiqué les chercheurs.

L’objectif à long terme est de simplifier la façon dont les téléphones gèrent les signaux sans fil, notamment en concevant une puce unique capable de convertir les ondes radio en SAW et inversement, en utilisant les ondes de surface pour une grande partie du traitement du signal. Cela pourrait potentiellement permettre aux futurs appareils sans fil de filtrer et d’acheminer les signaux sur des puces plus petites, en utilisant moins d’énergie.

« Ce laser à phonon était le dernier domino debout que nous devions abattre », a ajouté Wendt. « Maintenant, nous pouvons littéralement fabriquer tous les composants dont vous avez besoin pour une radio sur une seule puce en utilisant le même type de technologie. »