Minik, yapay deprem-beğenmek dalgalar tarafından oluşturuldu lazerler daha küçük, daha hızlı ve daha verimli olmanın anahtarı olabilir bilgisayar çipleridiyor bir grup Amerikalı mühendis.
Araştırmanın merkezinde yeni bir yüzey var akustik dalga fonon lazer Boulder’daki Colorado Üniversitesi, Arizona Üniversitesi ve Sandia Ulusal Laboratuvarları arasında yayılan araştırmacılar tarafından geliştirildi. Ekip, tasarımlarını dergide yayınlanan yakın tarihli bir makalede açıkladı. Doğa.
Yüzey Akustik Dalgaları
Lazer, bir şekilde ses dalgaları gibi davranan ancak daha derinlere nüfuz etmek yerine yalnızca malzemenin üst katmanı boyunca ilerleyen yüzey akustik dalgaları (SAW’ler) üzerinde çalışır. Büyük ölçeklerde depremler, gezegenin yüzeyinde hareket eden ve arkalarında yıkım bırakan SAW’lardır. Ancak daha küçük ölçeklerde bu dalgalar, en temel kablosuz teknolojilerimizden bazılarının temelini oluşturur.
“SAW cihazları dünyanın en önemli teknolojilerinin çoğu için kritik önem taşıyor” dedi Matt Eichenfieldyeni çalışmanın kıdemli yazarı ve CU Boulder’da Kuantum Mühendisliği alanında Gustafson Bağışlı Başkanı. “Bunlar tüm modern cep telefonlarında, anahtarlıklarda, garaj kapısı açıcılarında, çoğu GPS alıcısında, birçok radar sisteminde ve daha fazlasında var.”
SAW’lar doğrudan hücresel iletişimde kullanılmaz ancak sinyal doğruluğunun korunmasında önemli bir rol oynar. Telefonunuz bir kablosuz sinyal aldığında, bu sinyal gürültü ve diğer sinyaller nedeniyle kolayca bozulabilir. Sinyali filtrelemek için telefonun içindeki SAW’a dönüştürülerek çiplerin istenmeyen gürültüyü ortadan kaldırması sağlanır. Daha sonra bu SAW’lar orijinal radyo dalgalarına geri dönüştürülür.
Lazer Cihazı
Ekip bu olguyu yeni bir yöntemle fonon lazeri üretmek için kullandı. Bu yeni lazer türü, deprem benzeri titreşim üretmesi dışında, bu tür tipik bir cihaza benzer şekilde çalışır.
Arizona Üniversitesi’nde yüksek lisans öğrencisi olan Alexander Wendt, “Bunu neredeyse bir depremin dalgaları gibi düşünün, sadece küçük bir çipin yüzeyinde” dedi.
SAW cihazlarının tarihi eski olsa da ekip, teknolojide büyük iyileştirmeler yaptı. SAW cihazları, günümüzde yaygın olan çift çipli cihazlarla karşılaştırıldığında yalnızca tek bir çip gerektirir. Ek olarak, lazerleri yalnızca pil gücüyle çalışan daha yüksek frekanslı SAW’lar üretir.
Lazeri Yeniden Tasarlamak
Geleneksel diyot lazerler, yarı iletken bir çipin yüzeyi boyunca iki küçük ayna arasındaki ışığı yansıtır. Işık, yarı iletkendeki uyarılmış atomlarla etkileşime girdikçe enerji kazanır ve daha yoğun bir ışın üretir.
Eichenfield, “Diyot lazerler çoğu optik teknolojinin temel taşıdır çünkü lazeri oluşturmak için daha önceki birçok lazer türü gibi daha fazla ışığa ihtiyaç duymak yerine yalnızca bir pil veya basit voltaj kaynağıyla çalıştırılabilirler” dedi. “Bu tür bir lazerin bir analogunu yapmak istedik ama SAW’lar için.”
Tasarımları çubuk şeklindedir ve yalnızca 0,5 mm uzunluğundadır; silikon, lityum niyobat ve indiyum galyum arsenit gibi bir dizi malzemeden oluşur. Silikon, bilgisayar çiplerinde kullanımıyla bilinen tanıdık bir malzemedir; lityum niyobat ise titreştiğinde salınan elektrik alanları üretme gibi dikkate değer bir özelliğe sahiptir. Tuhaf bir şekilde bunun tersi de doğrudur: Lityum niyobatın içinde elektrik alanları mevcut olduğunda titreşmeye başlar. İndiyum galyum arsenit, lityum niyobatın titreşimleri tarafından yönlendirilebilen zayıf bir elektrik alanıyla karşılaştığında elektronları muazzam hızlara hızlandırır.
Titreşimli Lazer
Işığın geleneksel bir lazerde aynalar arasında nasıl sıçradığı gibi, SAW lazer de indiyum galyum arsenitteki bir elektrik akımının lityum niyobatta bir reflektöre çarpıp geri yansıyan dalgalar üretmesiyle çalışır. Süreç bir döngü içinde tekrarlandıkça, dalgalar ileriye doğru giderken kaybettiklerinden daha fazla enerji kazanır ve bu da gücün birikmesine neden olur.
Wendt, “Geriye doğru hareket ederken gücünün neredeyse %99’unu kaybediyor, bu yüzden onu ileri doğru hareket ederek bunu yenmek için önemli miktarda kazanç elde edecek şekilde tasarladık” dedi.
Sonunda dalga, cihazın bir tarafından dışarı sızacak kadar büyür. SAW, deneyler sırasında saniyede milyarlarca kez dalgalanarak 1 gigahertz’e çıktı. Ancak ekip, cihaz üzerinde devam eden çalışmaların ardından onlarca veya yüzlerce gigahertz’in eninde sonunda mümkün olabileceğine inanıyor. Bu, çoğu SAW cihazının yapabildiği 4 gigahertz’i çok gölgede bırakır.
Böyle bir ilerleme, daha az güç gerektiren daha küçük hücresel cihazların daha da yüksek performans sunmasına olanak tanıyacaktır. Şu anda telefonlar, radyodan SAW’a dönüşüm için birden fazla çip kullanıyor ancak ekip, çalışmalarının, bu işlemin cihaz başına tek bir çiple kolaylaştırılmasına olanak sağlayacağına inanıyor.
Eichenfield, “Bu fonon lazeri, yıkmamız gereken son domino taşıydı” diye tamamladı. “Artık aynı tür teknolojiyi kullanarak bir radyo için ihtiyacınız olan her bileşeni tek bir çip üzerinde tam anlamıyla yapabiliyoruz.”
Kağıt, “Elektrikle Enjekte Edilen Katı Hal Yüzey Akustik Dalga Fonon Lazeri,” ortaya çıktı Doğa 14 Ocak 2025’te.
Ryan Whalen The Debrief için bilim ve teknolojiyi ele alıyor. Tarih alanında yüksek lisans derecesine ve Kütüphane ve Bilgi Bilimi alanında yüksek lisans derecesine ve Veri Bilimi sertifikasına sahiptir. Kendisiyle iletişim kurulabilir [email protected]ve onu Twitter’da takip edin @mdntwvlf.
Source link
