Nell'"Internet delle cose" di oggi, " i dispositivi si connettono principalmente su brevi distanze ad alta velocità, un ambiente in cui i dispositivi ad onde acustiche di superficie (SAW) hanno mostrato risultati promettenti per anni, con conseguente riduzione delle dimensioni del tuo smartphone. Per ottenere velocità sempre maggiori, però, I dispositivi SAW devono funzionare a frequenze più elevate, che limita la potenza di uscita e può deteriorare le prestazioni complessive. Un nuovo dispositivo SAW cerca di fornire un percorso in avanti per questi dispositivi per raggiungere frequenze ancora più elevate.

Un team di ricercatori in Cina ha dimostrato un dispositivo SAW in grado di raggiungere frequenze sei volte superiori rispetto alla maggior parte dei dispositivi attuali. Con trasduttori interdigitali incorporati (IDT) su uno strato di nitruro di alluminio combinato e diamante, il dispositivo del team è stato anche in grado di aumentare significativamente la produzione. I loro risultati sono pubblicati questa settimana in Lettere di fisica applicata .

"Abbiamo scoperto che la distribuzione del campo acustico è abbastanza diversa per le strutture di elettrodi incorporati e convenzionali, " disse Jinying Zhang, uno degli autori dell'articolo. "Sulla base dell'analisi della simulazione numerica e dei risultati dei test sperimentali, abbiamo scoperto che le strutture integrate apportano due vantaggi:frequenza più elevata e potenza di uscita più elevata".

I dispositivi a onde acustiche di superficie trasmettono un segnale ad alta frequenza convertendo l'energia elettrica in energia acustica. Questo è spesso fatto con materiali piezoelettrici, che sono in grado di cambiare forma in presenza di una tensione elettrica. Gli elettrodi IDT sono generalmente posizionati sopra materiali piezoelettrici per eseguire questa conversione.

Aumentare la frequenza operativa degli IDT e la velocità complessiva del segnale si è dimostrato difficile. La maggior parte dei dispositivi SAW attuali raggiunge una frequenza di circa 3 gigahertz, Zhang ha detto, ma in linea di principio è possibile realizzare dispositivi 10 volte più veloci. Frequenze più alte, però, richiedere più potenza per superare la perdita di segnale, e a sua volta, alcune caratteristiche degli IDT devono essere sempre più piccole. Mentre un dispositivo a 30 GHz potrebbe trasmettere un segnale più rapidamente, il suo raggio d'azione diventa limitato.

"La sfida principale è ancora la fabbricazione di IDT con dimensioni così ridotte, " ha detto Zhang. "Anche se abbiamo fatto molti sforzi, ci sono ancora piccoli spazi tra le pareti laterali degli elettrodi e i materiali piezoelettrici".

Per garantire che i trasduttori avessero la dimensione caratteristica corretta, Il team di Zhang aveva bisogno di un materiale con un'elevata velocità acustica, come il diamante. Hanno poi accoppiato il diamante, un materiale che cambia molto poco la sua forma con la tensione elettrica, con nitruro di alluminio, un materiale piezoelettrico, e incorporato l'IDT all'interno del loro nuovo dispositivo SAW.

Il dispositivo risultante ha funzionato a una frequenza di 17,7 GHz e ha migliorato la potenza in uscita del 10% rispetto ai dispositivi convenzionali che utilizzano SAW.

"La parte che ci ha sorpreso di più è che la distribuzione del campo acustico è abbastanza diversa per le strutture di elettrodi incorporati e convenzionali, " disse Zhang. "Non ne avevamo idea prima."

Zhang ha detto che spera che questa ricerca porterà a dispositivi SAW utilizzati in circuiti integrati a microonde monolitici (MMIC), basso costo, circuiti integrati ad alta larghezza di banda che stanno vedendo l'uso in una varietà di forme di comunicazioni ad alta velocità, come i telefoni cellulari.