این فناوری می‌تواند راه را برای دستگاه‌های بی‌سیم کوچک‌تر و قوی‌تر باز کند

اگر هدفون‌های بی‌سیم شما می‌توانست همان کاری را که گوشی‌های شما انجام می‌دهد، اما بهتر انجام دهد، چه می‌شد؟ دسته جدیدی از مواد مصنوعی می تواند راه را برای این دستگاه های بی سیم انقلابی هموار کند. چنین دستگاه هایی بسیار کوچکتر هستند و به قدرت سیگنال و انرژی کمتری نیاز دارند. کلید دستیابی به این فناوری چیزی است که دانشمندان آن را فونونیک می نامند.

فونونیک شبیه فوتونیک است و هر دو از قوانین فیزیکی یکسانی استفاده می کنند. با این تفاوت که فوتونیک از ذرات نور (فوتون) استفاده می کند، اما آواشناسی استفاده می کند فونون ها. فونون ها در فیزیک شبه ذرات هستند که ارتعاشات مکانیکی را از طریق مواد منتقل می کنند. مانند صدا، اما فرکانس آنها بسیار بالاتر از صدا است.

محققان دانشگاه آریزونا در یک تحقیق جدید یک قدم به کاربردهای عملی مبتنی بر فونونیک نزدیک‌تر شده‌اند. آنها با ترکیب مواد نیمه هادی بسیار خاص و مواد پیزوالکتریک توانستند برهمکنش های غیرخطی بزرگی بین فونون ها برقرار کنند. آنها نتایج این مطالعه را در مجله منتشر کردند مواد طبیعی منتشر کرده اند

گوشی های هوشمند حدود 30 فیلتر دارند که امواج رادیویی را به امواج صوتی و بالعکس تبدیل می کند. این فیلترهای پیزوالکتریک را پردازنده های جلویی (سمت کاربر) می نامند و یکی از اجزای ضروری در دریافت و انتقال اطلاعات می باشند.

از آنجایی که این پردازنده ها را نمی توان از همان موادی مانند تراشه های معمولی مانند سیلیکون ساخت، اندازه گوشی های هوشمند بسیار بزرگ می شود. همچنین، انبوه این فیلترها و تبدیل مکرر موجک منجر به افزایش از دست دادن اطلاعات و عملکرد ضعیف دستگاه می شود.

فناوری مواد فونیک چگونه کار می کند؟

فونون ها معمولاً به صورت کاملاً خطی رفتار می کنند. آنها با یکدیگر تعامل ندارند. آواشناسی غیرخطی به فرآیندهایی در مواد خاصی اطلاق می شود که آواها می توانند با یکدیگر تعامل داشته باشند.

محققان دانشگاه آریزونا موادی به نام “غیرخطی های صوتی غول پیکر” ساخته اند. اینها مواد مصنوعی هستند که در آنها فونون ها با یکدیگر بسیار قوی تر از مواد معمولی تعامل دارند.

محققان نشان دادند که در این فناوری جدید برای مواد صوتی، یک پرتو فونون می تواند فرکانس پرتوی دیگر را تغییر دهد. علاوه بر این، آنها نشان دادند که فونون ها را می توان به روش هایی دستکاری کرد که قبلاً فقط در دستگاه های الکترونیکی ترانزیستوری امکان پذیر بود.

تیم تحقیقاتی دانشگاه آریزونا این مواد را با ترکیب بسیاری از مواد خاص در دستگاه های میکروالکتریک ساخته است. آنها یک ویفر سیلیکونی را با یک لایه نازک از نیوبات لیتیوم (ماده ای که در دستگاه های پیزوالکتریک و گوشی های هوشمند استفاده می شود) پوشاندند و سپس یک لایه بسیار نازک (با ضخامت کمتر از 100 اتم) از یک نیمه هادی متشکل از آرسنید گالیم ایندیم اضافه کردند.

امواج صوتی که از این ماده عبور می کنند، توزیع بارهای الکتریکی را در داخل پوشش نیمه هادی تغییر می دهند. این اجازه می دهد تا امواج صوتی به گونه ای ترکیب شوند که بتوان آنها را برای کاربردهای مختلف کنترل کرد.

بنابراین، تمام اجزای مورد نیاز برای پردازشگرهای سیگنال رادیویی را می توان با استفاده از فناوری امواج صوتی تولید کرد. این فناوری نیازی به مواد الکترونیکی مبتنی بر ترانزیستور ندارد و با استانداردهای استاندارد ساخت ریزپردازنده سازگار است.

توانایی ساخت تمام اجزای مورد نیاز برای ساخت یک پردازنده رادیویی جلویی بر روی یک تراشه به تولیدکنندگان اجازه می دهد تا اندازه تلفن های همراه و سایر دستگاه های ارتباطی بی سیم را تا 100 برابر کاهش دهند.