Novos Materiais Fonónicos podem resultar em Dispositivos Sem Fios Pequenos mas Potentes
Os avanços na tecnologia sem fios poderão em breve levar a que os auriculares tenham um desempenho tão eficaz como os smartphones, mas de uma forma mais pequena e eficiente. Esta inovação resulta de uma nova classe de materiais sintéticos que anuncia uma revolução nos dispositivos sem fios. Denominado fonónica, semelhante à fotónica, este campo explora vibrações mecânicas, conhecidas como fónons, semelhantes à luz na fotónica.
Progressos da Investigação em Fonónica
Publicado na revista Nature Materials, um estudo realizado por investigadores da Universidade do Arizona e dos Laboratórios Nacionais Sandia revela progressos significativos na fonónica. “Ao combinar materiais semicondutores e piezoeléctricos especializados, os investigadores conseguiram interacções não lineares substanciais entre os fónons”. Esta descoberta poderá abrir caminho a dispositivos sem fios mais pequenos e mais potentes, eliminando potencialmente a necessidade de numerosos filtros encontrados nos smartphones actuais.
Matt Eichenfield, o autor sénior do estudo, sublinha a importância destes avanços, destacando as “ineficiências inerentes aos dispositivos actuais devido à necessidade de múltiplas conversões entre ondas de rádio e ondas sonoras”. Além disso, o estudo explora o conceito de fonónica não linear, em que os fónons interagem entre si em materiais sintéticos, ao contrário dos materiais convencionais.
Os investigadores demonstram um controlo notável sobre os fónons, semelhante à manipulação de fótons em lasers, demonstrando o potencial para funcionalidades sem precedentes, anteriormente apenas alcançáveis com a eletrónica baseada em transístores.
Tecnologias de Ondas Acústicas para Processadores de Sinais de Radiofrequência
A equipa fez progressos significativos no desenvolvimento de todos os componentes necessários para processadores de sinais de radiofrequência utilizando tecnologias de ondas acústicas num único chip, um feito demonstrado na sua última publicação. Anteriormente, a equipa tinha criado com sucesso componentes acústicos, como amplificadores e interruptores. Com a adição de misturadores acústicos, a peça final do puzzle está agora no lugar.
“Este feito marca um momento crucial, permitindo a criação de processadores front-end de radiofrequência completos num único chip, reduzindo potencialmente o tamanho de dispositivos como os telemóveis até um fator de 100”, segundo Eichenfield. A sua descoberta envolveu a combinação de materiais especializados em dispositivos do tamanho de microeletrónica para transmitir ondas acústicas.
Ao integrar uma bolacha de silício com uma fina camada de niobato de lítio e uma camada ultrafina de um semicondutor contendo arsenieto de índio e gálio, acederam a um novo domínio da não linearidade fonónica, abrindo caminho para uma tecnologia de ondas de rádio de elevado desempenho a uma escala mais pequena do que nunca.
A configuração permite que as ondas acústicas se comportem de forma não linear à medida que atravessam os materiais, facilitando as alterações de frequência e a codificação de informação. Embora os efeitos não lineares sejam utilizados há muito tempo na fotónica, a sua exploração na fonónica tem sido limitada por restrições tecnológicas e materiais.
O semicondutor de arsenieto de índio e gálio introduzido pela equipa “facilita a mistura controlada de ondas acústicas, permitindo diversas aplicações”. Esta não linearidade melhorada excede em muito as capacidades anteriores, oferecendo possibilidades revolucionárias. Ao ultrapassar as limitações de tamanho do atual hardware de processamento de radiofrequência, esta tecnologia promete dispositivos electrónicos mais avançados com maior cobertura de sinal e maior duração da bateria, dando início a uma nova era de dispositivos de comunicação compactos e eficientes.
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