فناوری مواد فونونیک: راهگشای دستگاههای بیسیم کوچکتر و قدرتمندتر
فرض کنید هدفونهای بیسیم شما بتوانند کارایی تلفنهای هوشمند را با عملکرد بهتری انجام دهند. یک دسته جدید از مواد مصنوعی در حال باز کردن مسیر برای این دستگاههای بیسیم انقلابی است که بسیار کوچکتر خواهند بود و به قدرت سیگنال و انرژی کمتری نیاز خواهند داشت. کلید دستیابی به این پیشرفت در علمی به نام «فونونیک» نهفته است.
فونونیک چیست و چگونه کار میکند؟
فونونیک شباهتهای زیادی با فوتونیک دارد، زیرا هر دو از اصول فیزیکی مشابهی بهره میبرند. تفاوت بنیادین در نوع ذرات مورد استفاده است: فوتونیک از ذرات نور (فوتون) استفاده میکند، در حالی که فونونیک بر پایه «فونون»ها استوار است. فونونها شبهذراتی هستند که ارتعاشات مکانیکی را در بستر مواد منتقل میکنند؛ چیزی شبیه به موجهای صوتی، اما با فرکانسهای بسیار بالاتر.
🔗 بیشتر بخوانید: باتری کرهای تازه نگرانی از افت برد حرکتی خودروهای برقی در زمستان را از بین بردن میکند_آفتاب وطن
دستاورد جدید پژوهشگران دانشگاه آریزونا
تیم پژوهشی دانشگاه آریزونا در یک مطالعه اخیر گامی بزرگ به سمت کاربردهای عملی فونونیک برداشتهاند. آنها با ترکیب مواد نیمههایدی با ویژگیهای منحصربهفرد و مواد پیزوالکتریک، موفق به ایجاد تعاملات غیرخطی قوی بین فونونها شدهاند. نتایج این پژوهش در ژورنال معتبر Nature Materials منتشر شده است.
چالش فعلی در پردازش سیگنالهای موبایل
تلفنهای هوشمند کنونی حدود ۳۰ فیلتر دارند که وظیفه تبدیل امواج رادیویی به امواج صوتی و بالعکس را بر عهده دارند. این فیلترهای پیزوالکتریک که به عنوان پردازندههای فرانت-اند (سمت کاربر) شناخته میشوند، برای انتقال و دریافت دادهها ضروری هستند. با این حال، از آنجا که این پردازندهها نمیتوانند از مواد معمولی تراشهها مانند سیلیکون ساخته شوند، ابعاد گوشیهای هوشمند افزایش مییابد. تعداد زیاد این فیلترها و تبدیل مکرر سیگنالها منجر به افزایش تلفات داده و کاهش کارایی دستگاه میشود.
🔗 بیشتر بخوانید: قیمت هایما ۷X از سوی ایران خودرو اعلام شد
مکانیزم عملکرد مواد فونونیک غیرخطی
به طور معمول، فونونها به صورت کاملاً خطی حرکت میکنند و هیچ تعامل متقابل با یکدیگر ندارند. فونونیک غیرخطی به پدیدههایی در مواد خاص اشاره دارد که در آنها فونونها میتوانند با هم تعامل برقرار کنند. پژوهشگران مواد جدیدی به نام «غیرخطیهای فونونیک عظیم» ساختهاند که در بستر آنها، فونونها با قدرت بسیار بیشتر از مواد معمول با یکدیگر در تعامل هستند.
تیم علمی نشان داد که در این فناوری نوین، یک پرتو فونون میتواند فرکانس پرتو دیگری را تغییر دهد. علاوه بر این، کنترل و دستکاری فونونها به روشی امکانپذیر شده که پیش از این تنها در دستگاههای الکترونیکی مبتنی بر ترانزیستور محقق بود.
🔗 بیشتر بخوانید: آمازون بهعلت فروش تجهیزات غیرمجاز به دردسر افتاد_آفتاب وطن
روش ساخت و سازگاری با استانداردهای صنعتی
برای ساخت این مواد، محققان یک وِیفر سیلیکونی را با یک لایه نازک از نیوبات لیتیم (مادهای رایج در دستگاههای پیزوالکتریک) پوشش دادند و سپس یک لایه فوقالعاده نازک (کمتر از ۱۰۰ اتم ضخامت) از نیمههادی آرسنید ایندیم گالیم بر روی آن افزودند. عبور امواج آکوستیکی از این لایه، توزیع بارهای الکتریکی در نیمههادی را تغییر میدهد و باعث میشود امواج به گونهای ترکیب شوند که برای کاربردهای متنوع قابل کنترل باشند.
این رویکرد امکان ساخت تمام اجزای موردنیاز برای پردازش سیگنالهای رادیویی روی یک تراشه واحد را با بهرهگیری از فناوری امواج آکوستیک فراهم میآورد، بدون نیاز به قطعات الکترونیکی مبتنی بر ترانزیستور و با سازگاری کامل با استانداردهای ساخت تراشههای استاندارد.
آینده دستگاههای بیسیم
قدرت ادغام تمام اجزای پردازنده رادیویی فرانت-اند روی یک چیپ واحد، سازندگان را قادر میسازد تا ابعاد تلفنهای همراه و سایر ابزارهای ارتباطی بیسیم را تا ۱۰۰ برابر کاهش دهند، در حالی که کارایی و قدرت آنها به طور چشمگیری افزایش مییابد.
دستهبندی مطالب