Los científicos de Sandia National Laboratories han construido el mejor y más pequeño amplificador acústico del mundo. Y lo hicieron utilizando un concepto que estuvo prácticamente abandonado durante casi 50 años.
Según un artículo publicado el 13 de mayo en Comunicaciones de la naturaleza , el dispositivo es más de 10 veces más efectivo que las versiones anteriores. El diseño y las direcciones de investigación futuras son prometedoras para la tecnología inalámbrica más pequeña.
Los teléfonos móviles modernos están equipados con radios para enviar y recibir llamadas telefónicas, mensajes de texto y datos de alta velocidad. Cuantas más radios haya en un dispositivo, más puede hacer. Si bien la mayoría de los componentes de radio, incluidos los amplificadores, son electrónicos, puedenpotencialmente se hacen más pequeños y mejores como dispositivos acústicos. Esto significa que usarían ondas de sonido en lugar de electrones para procesar señales de radio.
"Los dispositivos de ondas acústicas son inherentemente compactos porque las longitudes de onda del sonido en estas frecuencias son muy pequeñas, más pequeñas que el diámetro del cabello humano", dijo la científica de Sandia Lisa Hackett. Pero hasta ahora, el uso de ondas sonoras ha sido imposible para muchos deestos componentes.
El amplificador acústico de 276 megahercios de Sandia, que mide apenas 0,0008 pulgadas cuadradas 0,5 milímetros cuadrados, demuestra el enorme potencial, en gran parte sin explotar, para hacer radios más pequeñas a través de la acústica. Amplificar frecuencias de 2 gigahercios, que transportan gran parte del tráfico de teléfonos móviles modernos, el dispositivo sería aún más pequeño, 0,00003 pulgadas cuadradas 0,02 milímetros cuadrados, una huella que cabría cómodamente dentro de un grano de sal de mesa y es más de 10 veces más pequeño que las tecnologías de vanguardia actuales.
El equipo también creó el primer circulador acústico, otro componente de radio crucial que separa las señales transmitidas y recibidas. Juntas, las partes pequeñas representan un camino esencialmente inexplorado para hacer que todas las tecnologías que envían y reciben información con ondas de radio sean más pequeñas y más sofisticadas, dijoMatt Eichenfield, científico de Sandia.
"Somos los primeros en demostrar que es práctico hacer las funciones que normalmente se realizan en el dominio electrónico en el dominio acústico", dijo Eichenfield.
Resucitando un diseño de décadas
Los científicos intentaron fabricar amplificadores acústicos de radiofrecuencia hace décadas, pero los últimos artículos académicos importantes de estos esfuerzos se publicaron en la década de 1970.
Sin las tecnologías modernas de nanofabricación, sus dispositivos funcionaban demasiado mal para ser útiles. Para aumentar una señal en un factor de 100 con los dispositivos antiguos, se requería 0,4 pulgadas 1 centímetro de espacio y 2000 voltios de electricidad. También generaban mucho calor,requiriendo más de 500 milivatios de potencia.
El amplificador nuevo y mejorado es más de 10 veces más efectivo que las versiones construidas en los años 70 en varias formas. Puede aumentar la intensidad de la señal en un factor de 100 en 0,008 pulgadas 0,2 milímetros con solo 36 voltios de electricidad.y 20 milivatios de potencia.
Investigadores anteriores llegaron a un callejón sin salida tratando de mejorar los dispositivos acústicos, que no son capaces de amplificación o circulación por sí mismos, mediante el uso de capas de materiales semiconductores. Para que su concepto funcione bien, el material agregado debe ser muy delgado y muy alto.calidad, pero los científicos solo tenían técnicas para hacer uno u otro.
Décadas más tarde, Sandia desarrolló técnicas para hacer ambas cosas con el fin de mejorar las células fotovoltaicas al agregar una serie de capas delgadas de materiales semiconductores. El científico de Sandia que lideró ese esfuerzo compartió una oficina con Eichenfield.
"Tuve una exposición periférica bastante fuerte. Lo escuché todo el tiempo en mi oficina", dijo Eichenfield. "Así que, probablemente, tres años después, estaba leyendo estos artículos por curiosidad acerca de este trabajo de amplificador acústico-eléctricoy leyendo sobre lo que intentaron hacer, y me di cuenta de que este trabajo que Sandia había hecho para desarrollar estas técnicas para esencialmente tomar semiconductores muy, muy delgados y transferirlos a otros materiales era exactamente lo que necesitaríamos para que estos dispositivos se dieran cuenta de todos sus efectos.promesa."
Sandia fabricó su amplificador con materiales semiconductores que tienen 83 capas de átomos de espesor, 1.000 veces más delgados que un cabello humano.
La fusión de una capa semiconductora ultrafina en un dispositivo acústico diferente requirió un intrincado proceso de hacer crecer cristales sobre otros cristales, unirlos a otros cristales y luego eliminar químicamente el 99,99% de los materiales para producir una superficie de contacto perfectamente lisa. Métodos de nanofabricacióncomo esta se denominan colectivamente integración heterogénea y son un área de investigación de creciente interés en el complejo de ingeniería, ciencia y aplicaciones de microsistemas de Sandia y en toda la industria de semiconductores.
Los amplificadores, circuladores y filtros normalmente se producen por separado porque son tecnologías diferentes, pero Sandia los produjo todos en el mismo chip acústico-eléctrico. Cuantas más tecnologías se puedan hacer en el mismo chip, más simple y eficiente será la fabricación.La investigación del equipo muestra que los componentes restantes de procesamiento de señales de radio podrían concebirse como extensiones de los dispositivos ya demostrados.
El trabajo fue financiado por el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorios de Sandia y el Centro de Nanotecnologías Integradas, una instalación para usuarios operada conjuntamente por los laboratorios nacionales de Sandia y Los Alamos.
Entonces, ¿cuánto tiempo hasta que estas pequeñas partes de radio estén dentro de su teléfono? Probablemente no por un tiempo, dijo Eichenfield. La conversión de productos comerciales producidos en masa, como teléfonos celulares, a toda la tecnología acústico-eléctrica requeriría una revisión masiva de la infraestructura de fabricación.dijo. Pero para pequeñas producciones de dispositivos especializados, la tecnología tiene una promesa más inmediata.
El equipo de Sandia ahora está explorando si también pueden adaptar su tecnología para mejorar el procesamiento de señales totalmente ópticas. También están interesados en descubrir si la tecnología puede ayudar a aislar y manipular cuantos únicos de sonido, llamados fonones, que potencialmente podríanque sea útil para controlar y realizar mediciones en algunas computadoras cuánticas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Sandia National Laboratories . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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