Resonadores electromecánicos operando a frecuencias sub-terahertz

15 de abril de 2023 característica

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por Ingrid Fadelli, Tech Xplore

Para avanzar aún más en los sistemas de comunicación, aumentando tanto su velocidad como su eficiencia, los ingenieros electrónicos deberán crear nuevos componentes altamente efectivos, incluyendo resonadores electromecánicos. Los resonadores electromecánicos son componentes esenciales de los sistemas de comunicación que pueden usarse para generar ondas poderosas de frecuencias específicas o transmitir selectivamente señales de comunicación a frecuencias específicas.

Para acelerar aún más las comunicaciones y allanar el camino para la próxima generación de redes inalámbricas (6G), los nuevos resonadores deberían operar idealmente a frecuencias sub-terahertz (es decir, a frecuencias por encima de los 100 GHz). En un artículo reciente publicado en Nature Electronics, un equipo de investigadores dirigido por el profesor Hong Tang de la Universidad de Yale presentó nuevos resonadores electromecánicos que podrían operar a estas altas frecuencias.

'Nuestra investigación hace hincapié en el aumento de las frecuencias de operación de los resonadores electromecánicos para superar los 100 GHz', dijo Jiacheng Xie, el autor principal que llevó a cabo el estudio, a Tech Xplore. 'La base de los sistemas de comunicación modernos depende del progreso continuo en las tecnologías de resonadores, ya que osciladores de frecuencia más alta conducen a velocidades de comunicación más rápidas. Con la implementación mundial en curso de las tecnologías de comunicación 5G, hay una creciente demanda de resonadores de frecuencia más alta para soportar los avances tecnológicos emergentes'.

Los resonadores microelectromecánicos creados por Xie y sus colegas están compuestos por un resonador de doble riel de ondas milimétricas colocado encima de una viga de niobato de litio suspendida. Para suspender esta viga dentro de su dispositivo, los investigadores grabaron químicamente el dióxido de silicio debajo de ella, lo que también minimizó la pérdida de ondas acústicas en el espacio circundante.

'Para estimular y medir eficazmente las resonancias mecánicas sub-terahertz, empleamos un resonador de doble riel de ondas milimétricas que ayuda a la transducción electromecánica proporcionando una mejor impedancia coincidente en el chip a los modos mecánicos', explicó Xie. 'Se puede trazar una analogía intuitiva con la forma en que un violín genera sonidos poderosos audibles para los oyentes en grandes salas de conciertos sin necesidad de un amplificador. Aunque las cuerdas determinan el tono del instrumento, el cuerpo del violín funciona como un resonador de banda ancha que proyecta el sonido, de manera similar a cómo un resonador de doble riel transmite las resonancias sub-terahertz para su detección '.

Cabe destacar que el resonador del equipo se creó utilizando películas delgadas de niobato de litio disponibles comercialmente, que se patronaron utilizando tecnologías ampliamente empleadas para la fabricación de semiconductores. Esto podría facilitar en gran medida su fabricación a gran escala e implementación en el futuro.

Xie y sus colegas fueron los primeros en crear resonadores electromecánicos que operan a frecuencias superiores a los 100 GHz. Su trabajo podría tener importantes implicaciones para el desarrollo de los sistemas de comunicación 6G.

'Este avance tiene el potencial de contribuir a la evolución de los sistemas de comunicación futuros, ya que la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) ha creado licencias experimentales para el uso de frecuencias entre 95 GHz y 3 THz', dijo Xie. 'Además, desde una perspectiva de tecnología y ciencia cuántica, es beneficioso sacar los sistemas mecánicos cuánticos de los refrigeradores de dilución de millones de dólares. Los resonadores sub-THz, con frecuencias resonantes ultracompactas, son significativamente más resistentes a las fluctuaciones térmicas que los resonadores GHz y, por lo tanto, pueden alcanzar el estado cuántico de base a temperaturas Kelvin mucho más accesibles'.

El trabajo reciente de Xie y sus colegas podría informar pronto el desarrollo de otros resonadores electromecánicos que operen a frecuencias sub-terahertz. Mientras tanto, los investigadores planean avanzar aún más en sus dispositivos, al mismo tiempo que intentan crear otros componentes altamente efectivos para los futuros sistemas de comunicación.

'Ahora continuaremos nuestros esfuerzos para desarrollar resonadores electromecánicos con frecuencias aún más altas', agregó Tang. 'Además, nuestra atención se centrará en crear aplicaciones que aprovechen nuestras tecnologías existentes'.

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