Това откритие може да доведе до създаването на смартфони с дебелина и размер на кредитна карта

Докато светът вече е изумен от смартфоните, едно откритие има потенциала да разтърси още повече пространството на безжичната комуникация. То ще помогне за създаването на смартфони, които могат да бъдат малки и тънки колкото кредитна карта.

Откритието е свързано с нов клас синтетични материали, които могат да манипулират фонони. За контекст, фононите са частици, които могат да предават високочестотни вибрации, подобни на звука.

Заслугата за това откритие е на Колежа по оптични науки „Wyant“ към Университета на Аризона и на Националните лаборатории „Sandia“. Според изследователите този пробив в областта на фонониката може да направи безжичните устройства по-малки, по-мощни и по-енергийно ефективни.

Проблемът със сегашните смартфони

„В един смартфон има около 30 филтъра, чиято единствена задача е да трансформират радиовълните в звукови и обратно.“

казва Мат Айхенфийлд, старши автор на изследването

Тези филтри преобразуват радиовълните, които използвате за разговори и данни, в звукови вълни, които процесорът на устройството „разбира“ и обратно. Тези филтри обаче са изработени от специализирани материали, различни от основните, от които е създаден процесорът. Поради това несъответствие на материалите, смартфоните са обемисти.

Тази разлика в материалите води и до известна загуба на сигнал по време на процеса на преобразуване, което може да се отрази на качеството на обажданията или скоростта на данните.

За да решат тези проблеми, изследователите са комбинирали най-съвременни материали, за да създадат „гигантски фононни нелинейности“.

Този пробив им позволява да манипулират фононите (звуковите вълни), както лазерите манипулират светлината. Това е довело до много по-прецизен контрол върху фотоните. Като манипулират фононите по тези нови начини, учените смятат, че могат да заменят обемистите части в нашите смартфони, които се занимават с преобразуването на сигнала.

За тази цел изследователите използват комбинация от два специални материала: литиев ниобат и тънък слой полупроводник от индиев галиев арсенид.

Литиевият ниобат е широко разпространен материал, който вече се използва във филтрите на смартфоните. Той е добър в преобразуването на електрически сигнали в звукови вълни (и обратно). Той обаче не е ефективен при манипулирането им. В същото време полупроводникът от индий-галиев арсенид играе решаваща роля в създаването на „гигантски фононни нелинейности“.

Чрез внимателно наслояване на тези два материала изследователите са създали среда, в която звуковите вълни могат да бъдат манипулирани с безпрецедентна прецизност.

„Когато комбинирахме тези материали по правилния начин, успяхме експериментално да получим достъп до нов режим на фононна нелинейност.“

казва Лиза Хакет от Sandia, водещ автор на статията

Това позволява на изследователите да създадат устройства, които могат да изпълняват същите функции като обемистите филтри в смартфона ви – смесване на сигнали, филтриране на шума и усилване на слаби сигнали. Но те могат да правят всичко това на един чип, като използват звукови вълни вместо електричество.

„Това означава, че имаме път напред към изобретяването на високоефективна техника за изпращане и приемане на радиовълни, която е по-малка, отколкото някога е било възможно.“

допълва Хакет

Потенциално въздействие

Ползите не се изчерпват с размера. Звуковите устройства ще бъдат по-енергийно ефективни, което означава, че малките и тънки смартфони ще издържат много по-дълго с едно зареждане.

Тази технология може да доведе и до създаването на по-малки и по-прецизни медицински сензори, които да революционизират здравеопазването, или до ултраефективни безжични мрежи, които да ръководят самоуправляващите се автомобили.

„Ефективната нелинейност, която може да се генерира с тези материали, е стотици или дори хиляди пъти по-голяма, отколкото е било възможно преди, което е безумно.“

изрази мнение Айхенфийлд