Đột phá công nghệ 'laser sóng âm' giúp thu nhỏ kích thước smartphone

Nghiên cứu được dẫn đầu bởi Đại học Colorado Boulder (Mỹ), phối hợp cùng Đại học Arizona và Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia, vừa được công bố trên tạp chí Nature tuần này.

Công nghệ mới dựa trên sóng âm bề mặt (SAW). Khác với âm thanh truyền trong không khí, loại sóng này di chuyển dọc theo bề mặt vật liệu giống như sóng địa chấn trong các trận động đất, nhưng ở quy mô vi mô. Hiện nay, SAW đóng vai trò thiết yếu trong việc lọc tín hiệu cho các thiết bị điện tử.

"Các thiết bị SAW đóng vai trò quan trọng đối với nhiều công nghệ thiết yếu nhất của thế giới," Matt Eichenfield, tác giả cấp cao của nghiên cứu từ Đại học Colorado Boulder, cho biết. "Chúng có mặt trong mọi điện thoại di động hiện đại, chìa khóa thông minh, thiết bị mở cửa gara, hầu hết các bộ thu GPS và nhiều hệ thống radar".

Tuy nhiên, các hệ thống SAW hiện tại thường cồng kềnh, đòi hỏi nhiều chip riêng biệt và nguồn điện ngoài. Giải pháp của nhóm nghiên cứu là tích hợp tất cả vào một con chip duy nhất hoạt động bằng pin, sử dụng cơ chế "laser phonon".

Thay vì phát ra ánh sáng như laser thông thường, thiết bị này tạo ra các rung động được kiểm soát chính xác. Alexander Wendt, tác giả chính của nghiên cứu, mô tả: "Hãy hình dung nó gần giống như những con sóng từ một trận động đất, nhưng chỉ diễn ra trên bề mặt của một con chip nhỏ".

Thiết bị dạng thanh dài nửa milimet này được cấu tạo từ các lớp vật liệu đặc biệt: đế silicon, lớp lithium niobate (vật liệu áp điện) và lớp indi gali arsenua siêu mỏng. Khi dòng điện chạy qua, các electron di chuyển tốc độ cao sẽ tương tác trực tiếp với sóng rung động, khuếch đại chúng lên theo cách tương tự như ánh sáng được khuếch đại trong tia laser quang học.

Trong khi các thiết bị SAW truyền thống thường bị giới hạn ở tần số khoảng 4 gigahertz, thiết kế mới này có tiềm năng đạt tới hàng chục, thậm chí hàng trăm gigahertz. Điều này đồng nghĩa với việc xử lý dữ liệu nhanh hơn và hiệu quả hơn.

Bước đột phá này có thể giúp tạo ra các thiết bị không dây nhỏ gọn hơn, mạnh mẽ hơn và tiết kiệm pin hơn. Mục tiêu cuối cùng là tích hợp toàn bộ quy trình xử lý tín hiệu vô tuyến phức tạp lên một con chip duy nhất.

"Laser phonon này là quân cờ domino cuối cùng mà chúng tôi cần xô đổ," ông Eichenfield nhấn mạnh. "Giờ đây, chúng tôi thực sự có thể chế tạo mọi thành phần cần thiết cho một bộ thu phát sóng vô tuyến trên một con chip duy nhất bằng cách sử dụng cùng một loại công nghệ".