Resonatori elettromeccanici che operano a frequenze sub-terahertz

15 aprile 2023 caratteristica

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di Ingrid Fadelli , Tech Xplore

Per avanzare ulteriormente nei sistemi di comunicazione, aumentando sia la velocità che l'efficienza, gli ingegneri elettronici dovranno creare nuovi componenti altamente performanti, tra cui i risonatori elettromeccanici. I risonatori elettromeccanici sono componenti essenziali dei sistemi di comunicazione che possono essere utilizzati per generare potenti onde di frequenze specifiche o trasmettere selettivamente segnali di comunicazione a specifiche frequenze.

Per accelerare ulteriormente le comunicazioni e preparare la strada per la prossima generazione di reti wireless (6G), i nuovi risonatori dovrebbero ideamente operare a frequenze sub-terahertz (cioè a frequenze superiori a 100 GHz). In un recente articolo pubblicato su Nature Electronics, un team di ricercatori guidati dal professor Hong Tang dell'Università di Yale ha presentato nuovi risonatori elettromeccanici che potrebbero operare a queste alte frequenze.

'La nostra ricerca enfatizza l'incremento delle frequenze operative dei risonatori elettromeccanici oltre 100 GHz', ha detto a Tech Xplore Jiacheng Xie, l'autore principale che ha effettuato lo studio. 'Il fondamento dei moderni sistemi di comunicazione si basa sul progresso continuo nelle tecnologie di risonatore, poiché gli oscillatori ad alta frequenza portano a velocità di comunicazione più rapide. Con la continua implementazione a livello mondiale delle tecnologie di comunicazione 5G, c'è una crescente domanda di risonatori ad alta frequenza per supportare le nuove tecnologie emergenti.'

I risonatori microelettromeccanici creati da Xie e dai suoi colleghi sono composti da un risonatore a binario doppio a onde millimetriche posizionato sulla sommità di una trave di niobato di litio sospesa. Per sospendere questa trave all'interno del loro dispositivo, i ricercatori hanno chemically etched via il biossido di silicio sotto di essa, minimizzando anche la perdita di onde acustiche nello spazio circostante.

'Per stimolare ed effettuare la misura delle risonanze meccaniche sub-terahertz, impieghiamo un risonatore a binario doppio a onde millimetriche che favorisce la trasduzione elettromeccanica fornendo un miglioramento della corrispondenza di impedenza su chip alle modalità meccaniche', ha spiegato Xie. 'È possibile fare un'intuizione analogica alla maniera in cui un violino genera suoni potenti udibili dai presenti in grandi sale concertistiche senza la necessità di un amplificatore. Anche se le corde determinano l'altezza dell'intonazione strumentale, il corpo del violino funziona come un risonatore a banda larga che proietta il suono, simile al modo in cui un risonatore a binario doppio trasmetta le risonanze sub-terahertz per la rivelazione.'

Notevolmente, il risonatore del team è stato creato utilizzando sottili pellicole commercialmente disponibili di niobato di litio, che sono state modellate utilizzando tecnologie ampiamente impiegate per la fabbricazione di semiconduttori. Ciò potrebbe facilitare notevolmente la sua fabbricazione su larga scala e la sua implementazione futura.

Xie e i suoi colleghi sono stati i primi a creare risonatori elettromeccanici che operano a frequenze superiori a 100 GHz. Il loro lavoro potrebbe avere importanti implicazioni per lo sviluppo dei sistemi di comunicazione 6G.

'Questo traguardo potenzialmente contribuirà all'evoluzione dei sistemi di comunicazione futuri, poiché la Federal Communications Commission (FCC) ha creato licenze sperimentali per l'uso di frequenze tra 95 GHz e 3 THz', ha detto Xie. 'Inoltre, dal punto di vista della scienza e della tecnologia quantistiche, è utile portare i sistemi meccanici quantistici fuori dai refrigeratori di diluizione da milioni di dollari. I risonatori sub-THz, con frequenze risonanti ultraviolette, sono significativamente più resistenti alle fluttuazioni termiche rispetto ai risonatori GHz e quindi possono raggiungere lo stato quantistico basale a temperature Kelvin molto più accessibili.'

Il recente lavoro di Xie e dei suoi colleghi potrebbe presto informare lo sviluppo di altri risonatori elettromeccanici che operano a frequenze sub-terahertz. Nel frattempo, i ricercatori pianificano di migliorare ulteriormente i loro dispositivi e di creare anche altri componenti altamente performanti per i sistemi di comunicazione futuri.

'Continueremo ora i nostri sforzi per sviluppare risonatori elettromeccanici con frequenze ancora più elevate', ha aggiunto Tang. 'Inoltre, il nostro focus sarà sulla creazione di applicazioni che sfruttino le nostre tecnologie esistenti.'

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