Résonateurs électromécaniques fonctionnant à des fréquences sub-terahertz.

15 avril 2023 fonctionnalité

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par Ingrid Fadelli , Tech Xplore

Afin d'améliorer encore les systèmes de communication, en augmentant à la fois leur vitesse et leur efficacité, les ingénieurs en électronique devront créer de nouveaux composants performants, tels que des résonateurs électromécaniques. Les résonateurs électromécaniques sont des composants essentiels des systèmes de communication, qui peuvent être utilisés pour générer de puissantes ondes de fréquences spécifiques ou diffuser sélectivement des signaux de communication à des fréquences spécifiques.

Pour accélérer encore plus les communications et préparer la prochaine génération de réseaux sans fil (6G), les nouveaux résonateurs devraient idéalement fonctionner à des fréquences sub-téraheertz (c'est-à-dire à des fréquences supérieures à 100 GHz). Dans un article récent publié dans Nature Electronics, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Hong Tang de l'université de Yale a introduit de nouveaux résonateurs électromécaniques qui pourraient fonctionner à ces hautes fréquences.

'Notre recherche met l'accent sur l'augmentation des fréquences de fonctionnement des résonateurs électromécaniques pour dépasser 100 GHz', a déclaré Jiacheng Xie, l'auteur principal de l'étude, à Tech Xplore. 'Le fondement des systèmes de communication modernes repose sur les progrès continus dans les technologies de résonateurs, car des oscillateurs à haute fréquence conduisent à des vitesses de communication plus rapides. Avec la mise en œuvre mondiale en cours des technologies de communication 5G, il existe une demande croissante de résonateurs à haute fréquence pour soutenir les avancées technologiques émergentes.'

Les résonateurs microélectromécaniques créés par Xie et ses collègues sont composés d'un résonateur à double rail à ondes millimétriques placé sur une poutre de niobate de lithium suspendue. Pour suspendre cette poutre à l'intérieur de leur dispositif, les chercheurs ont chimiquement gravé le dioxyde de silicium en dessous, ce qui a également minimisé la perte d'ondes acoustiques dans l'espace environnant.

'Pour stimuler et mesurer efficacement les résonances mécaniques sub-téraheertz, nous utilisons un résonateur à double rail à ondes millimétriques qui facilite la transduction électromécanique en offrant une meilleure adaptation d'impédance sur puce aux modes mécaniques', a expliqué Xie. 'Une analogie intuitive peut être établie avec la façon dont un violon génère des sons puissants audibles par les auditeurs dans de grandes salles de concert sans besoin d'un amplificateur. Bien que les cordes déterminent la hauteur de l'instrument, le corps du violon fonctionne comme un résonateur à bande large qui projette le son, de manière similaire à la façon dont un résonateur à double rail diffuse les résonances sub-téraheertz pour la détection.'

De façon notable, le résonateur de l'équipe a été créé à l'aide de films minces de niobate de lithium disponibles commercialement, qui ont été structurés à l'aide de technologies largement employées pour la fabrication de semi-conducteurs. Cela pourrait grandement faciliter sa fabrication à grande échelle et sa mise en œuvre future.

Xie et ses collègues ont été les premiers à créer des résonateurs électromécaniques qui fonctionnent à des fréquences supérieures à 100 GHz. Leur travail pourrait ainsi avoir d'importantes implications pour le développement de systèmes de communication 6G.

'Cette percée a le potentiel de contribuer à l'évolution des futurs systèmes de communication, car la Federal Communications Commission (FCC) a créé des licences expérimentales pour l'utilisation de fréquences entre 95 GHz et 3 THz', a déclaré Xie. 'En outre, d'un point de vue de la science et de la technologie quantique, il est bénéfique de sortir les systèmes quantiques mécaniques des réfrigérateurs de dilution coûteux. Les résonateurs sous-THz, avec des fréquences de résonance ultra-hautes, sont nettement plus résilients aux fluctuations thermiques que les résonateurs GHz, et peuvent donc atteindre l'état quantique fondamental à des températures Kelvin beaucoup plus accessibles.'

Le travail récent de Xie et de ses collègues pourrait bientôt éclairer le développement d'autres résonateurs électromécaniques qui fonctionnent à des fréquences sub-téraheertz. Pendant ce temps, les chercheurs prévoient de faire progresser davantage leurs dispositifs, tout en essayant également de créer d'autres composants performants pour les futurs systèmes de communication.

'Nous poursuivrons maintenant nos efforts pour développer des résonateurs électromécaniques à des fréquences encore plus élevées', a ajouté Tang. 'En outre, notre objectif sera de créer des applications exploitant nos technologies existantes.'

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