Forschung -

Winzige Vibrationskontrolle für die Mobilfunktechnik

Um eine moderne Kommunikation zu ermöglichen, nutzen heutige mobile Geräte Komponenten, die akustische Wellen (Vibrationen) nutzen, um Signale zu filtern oder zu verzögern.

Die heutigen Lösungen verfügen jedoch über begrenzte Funktionalitäten, die eine weitere Miniaturisierung der mobilen Geräte erschweren und die verfügbare Kommunikationsbandbreite einschränken.

Nun hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Caltech-Professorin Chiara Daraio neue Versionen dieser Komponenten entwickelt, die Fähigkeiten haben, die frühere Komponentenversionen nicht besaßen.

Diese Komponenten, bekannt als phonononische Elemente, könnten Anwendungen in neuartigen Sensoren, verbesserten Mobilfunktechnologien, angewandter Physik und in Quantencomputern finden.

Die phononischen Elemente beinhalten Teile, die extrem schnell vibrieren und sich bis zu zig Millionen Mal pro Sekunde hin und her bewegen. Das Team entwickelte diese Elemente durch die Herstellung von nur 90 nm dünnen Siliziumnitridtrommeln. Die Trommeln sind in Gittern angeordnet, wobei unterschiedliche Gitter unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.

Zusammen mit dem ehemaligen Caltech-Postdoktoranden Jinwoong Cha zeigte Daraio , dass Arrays mit diesen Trommeln als abstimmbare Filter für Signale mit verschiedenen Frequenzen verwendbar sind.

Sie zeigten auch, dass die Elemente wie Einwegventile für hochfrequente Wellen wirken können. Die Fähigkeit, Wellen nur in eine Richtung zu übertragen, trägt dazu bei, das Signal stärker zu halten, indem es Interferenzen reduziert.

Diese Ergebnisse eröffnen Möglichkeiten für die Entwicklung neuer Komponenten - wie phononische Transistoren und Hochfrequenzisolatoren, die auf Phononen anstelle von Elektronen basieren, so Cha und Daraio.

Die Forschungsergebnisse erschienen in zwei Publikationen: In "Nature Nanotechnology" ("Electrical Tuning of elastic wave propagation in nanomechanical lattices at MHz frequencies") und "Nature" ("Experimental realization of on-chip topological nanoelectromechanical metamaterials").

Schrifttum: Jinwoong Cha et al. Experimental realization of on-chip topological nanoelectromechanical metamaterials, Nature (2018). DOI: 10.1038/s41586-018-0764-0

Jinwoong Cha et al. Electrical tuning of elastic wave propagation in nanomechanical lattices at MHz frequencies, Nature Nanotechnology (2018). DOI: 10.1038/s41565-018-0252-6


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