Um laser de fônons de chip único foi criado nos EUA para representar um avanço nas futuras comunicações sem fio.

Uma equipe de pesquisadores dos EUA desenvolveu um novo tipo de laser que gera ondas acústicas de superfície (SAWs) em um chip, que se comportam como pequenos “terremotos”. Essas ondas se propagam apenas ao longo da superfície de um material e são amplamente utilizadas na eletrônica moderna para processar sinais de rádio. Essa solução em um único chip promete mudar significativamente o futuro dos dispositivos de comunicação sem fio, tornando-os compactos e eficientes.

Fonte da imagem: Sandia National Laboratories

O desenvolvimento foi realizado por uma equipe conjunta de cientistas da Universidade do Colorado em Boulder, da Universidade do Arizona e dos Laboratórios Nacionais Sandia. Os resultados foram publicados na última edição da revista Nature. O laser excita radiação na forma de um fluxo de quase-partículas de fônon — quanta de vibrações atômicas em um sólido que se propagam pela superfície do material como perturbações ondulatórias, semelhantes às que ocorrem em terremotos. Como é típico de ondas, elas podem ser amplificadas, ressoar e filtradas, afetando o sinal de rádio processado.

Atualmente, arquiteturas SAW convencionais já são usadas em telefones celulares, receptores GPS e sistemas de radar para filtrar sinais e remover ruídos. Um novo desenvolvimento na forma de um laser de fônon leva o uso de ondas acústicas de superfície a um novo patamar, permitindo o processamento eficiente de sinais de rádio em frequências muito altas, alimentado por baterias de baixa potência, tornando o dispositivo mais compacto e energeticamente eficiente.

O dispositivo é uma estrutura microscópica com aproximadamente 0,5 mm de comprimento, composta por camadas de silício, niobato de lítio e arseneto de índio e gálio. Esses materiais garantem uma interação eficiente entre os campos elétricos e as vibrações acústicas: uma corrente elétrica excita vibrações no niobato de lítio, que são refletidas e amplificadas em um circuito fechado, de forma semelhante à luz em um ressonador de espelho de um laser convencional. Nos experimentos, a frequência da onda acústica de superfície (SAW) atingiu aproximadamente 1 GHz, mas os pesquisadores acreditam que frequências mais altas serão possíveis no futuro.Atingindo dezenas ou centenas de gigahertz, o que será necessário para aumentos adicionais na taxa de transferência do canal de comunicação.

A principal importância prática da tecnologia apresentada é que ela pode combinar as funções de diversos componentes de radiofrequência em um único chip, permitindo a criação de dispositivos sem fio menores, mais rápidos e com maior eficiência energética. Isso significa que smartphones e outros dispositivos eletrônicos sem fio poderão operar sem inúmeros filtros e conversores individuais, tornando a tecnologia de rádio mais simples e eficiente.