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新型聲學(xué)材料讓無線設(shè)備更小更高效

發(fā)布時(shí)間:2024-5-22來源:青島市科技局點(diǎn)擊:返回列表

【總編輯圈點(diǎn)】
 
科技日?qǐng)?bào)北京5月12日電 (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,聲子可以通過類似于晶體管電子設(shè)備的方式進(jìn)行操縱,這在過去是無法實(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)和其他無線通信設(shè)備的尺寸縮小至原來的百分之一。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,人們或?qū)⒂瓉眢w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。
 
功能強(qiáng)大的手機(jī),已然成為隨身的智能助手。未來,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)材料通過使聲子之間發(fā)生相互作用,讓無線設(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,為未來手機(jī)形態(tài)提供了巨大的想象空間。 

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