«Устройства SAW (Surface Acoustic Wave) имеют решающее значение для многих важнейших мировых технологий», — сказал Айхенфилд, старший автор исследования. «Они есть во всех современных мобильных телефонах, брелках для ключей, устройствах для открывания гаражных ворот, большинстве GPS-приемников, многих радарных системах и многом другом».
В смартфоне поверхностные акустические волны уже выполняют функцию небольших фильтров. Радиомодули в вашем телефоне принимают радиоволны, исходящие от вышки сотовой связи. Затем они преобразуют эти сигналы в крошечные вибрации, что позволяет чипам легко устранять нежелательные сигналы и помехи. Затем то же устройство преобразует эти вибрации обратно в радиоволны.
В ходе текущего исследования ученые разработали новый способ создания поверхностных акустических волн с помощью «фононного лазера». Он работает как обычная лазерная указка, только генерирует вибрации.
«Представьте, что это почти как волны от землетрясения, только на поверхности небольшого чипа», — сказал Александр Вендт, аспирант Аризонского университета и ведущий автор исследования.
Для большинства современных устройств, генерирующих поверхностные акустические волны, требуются два разных чипа и источник питания. Устройство, разработанное командой, напротив, работает с использованием всего одного чипа и потенциально может генерировать поверхностные акустические волны на гораздо более высоких частотах, питаясь только от аккумулятора.
Чтобы понять, как работает новое устройство SAW, созданное командой, нужно представить себе традиционный лазер.
Большинство современных лазеров, известных как «диодные лазеры», работают за счёт отражения луча света между двумя микроскопическими зеркалами на поверхности полупроводникового чипа. Отражаясь, свет попадает на атомы полупроводникового материала, через которые проходит электрическое поле от батареи или другого источника питания. В процессе эти атомы испускают ещё больше света, и луч становится мощнее.
«Диодные лазеры являются основой большинства оптических технологий, потому что для их работы достаточно аккумулятора или простого источника напряжения, а не дополнительного освещения, как в случае с многими предыдущими типами лазеров, — сказал Эйхенфилд. — Мы хотели создать аналог такого лазера, но для гидроабразивных станков».
Для этого команда разработала устройство в форме стержня длиной около полумиллиметра.
Устройство представляет собой набор материалов. В готовом виде оно состоит из кремниевой пластины — того же материала, из которого делают большинство компьютерных чипов. Сверху находится тонкий слой ниобата лития. Ниобат лития — это «пьезоэлектрический» материал, то есть при вибрации он также создаёт колебательные электрические поля. И наоборот, при наличии колебательных электрических полей возникают вибрации.
Наконец, устройство включает в себя ещё более тонкий слой арсенида индия и галлия— необычного материала, который под воздействием слабого электрического поля может разгонять электроны до невероятно высоких скоростей.
В целом структура, разработанная командой, позволяет колебаниям на поверхности ниобата лития напрямую взаимодействовать с электронами в арсениде индия и галлия.
