研究人員使用多個(gè)微波頻率表征在硅晶片上構(gòu)建的非線性聲子混合裝置。 圖片來(lái)源：桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室
科技日?qǐng)?bào)記者?張佳欣
據(jù)最新一期《自然·材料》雜志報(bào)道，美國(guó)亞利桑那大學(xué)懷恩特光學(xué)科學(xué)學(xué)院和桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科研人員，共同研發(fā)出一種能夠操縱聲子的新型合成材料。這種材料被認(rèn)為是聲學(xué)應(yīng)用中的一次重大突破。
研究人員將高精度半導(dǎo)體材料和壓電材料相結(jié)合，成功地在聲子之間產(chǎn)生了非線性相互作用。這一成果與之前的聲子放大器技術(shù)相結(jié)合，為智能手機(jī)和其他無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)更小、更高效、更強(qiáng)大的性能提供了可能。
智能手機(jī)中大約有30個(gè)由特殊微芯片制成的壓電濾波器，負(fù)責(zé)將無(wú)線電波轉(zhuǎn)換成聲波，再轉(zhuǎn)換回?zé)o線電波。這些濾波器是前端處理器的一部分，在每次數(shù)據(jù)交換時(shí)，都需要進(jìn)行多次聲波和電磁波的轉(zhuǎn)換，不僅產(chǎn)生損耗，還降低了設(shè)備性能。由于濾波器不能使用硅等常規(guī)材料制造，導(dǎo)致手機(jī)的物理尺寸遠(yuǎn)大于實(shí)際需求。
傳統(tǒng)上，聲子的行為是完全線性的。在這項(xiàng)研究中，研究人員成功展示了聲子的非線性行為。他們發(fā)現(xiàn)，在這種新型聲學(xué)材料中，一束聲子能夠影響另一束聲子的頻率。更重要的是，聲子可以通過(guò)類似于晶體管電子設(shè)備的方式進(jìn)行操縱，這在過(guò)去是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
研究人員表示，將所有射頻前端組件集成在一個(gè)芯片上，有望將智能手機(jī)和其他無(wú)線通信設(shè)備的尺寸縮小至原來(lái)的百分之一。該團(tuán)隊(duì)已在微電子尺度的設(shè)備上完成了原理驗(yàn)證。
新技術(shù)有望打破當(dāng)前射頻處理硬件的物理尺寸限制。未來(lái)，人們或?qū)⒂瓉?lái)體積大幅縮小、信號(hào)覆蓋更廣、電池續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)的通信設(shè)備。
總編輯圈點(diǎn)
功能強(qiáng)大的手機(jī)，已然成為隨身的智能助手。未來(lái)，它會(huì)變成什么樣？這在很大程度上依賴于材料科學(xué)的進(jìn)步。新研發(fā)的聲學(xué)材料通過(guò)使聲子之間發(fā)生相互作用，讓無(wú)線設(shè)備變得更加小巧、性能更優(yōu)，這為智能手機(jī)的“進(jìn)化”提供了重要思路。其實(shí)，隨著眾多新材料的涌現(xiàn)，手機(jī)可從多種途徑實(shí)現(xiàn)更新迭代。比如，利用二維材料作為手機(jī)芯片，有望使手機(jī)打破摩爾定律的束縛，變得運(yùn)行更快、能耗更低；使用光伏材料作為手機(jī)外殼，有望使手機(jī)隨時(shí)借助陽(yáng)光充電。這些，為未來(lái)手機(jī)形態(tài)提供了巨大的想象空間。
