Na "internet das coisas" de hoje, "os dispositivos se conectam principalmente em intervalos curtos em altas velocidades, um ambiente em que os dispositivos de ondas acústicas de superfície (SAW) têm se mostrado promissores por anos, resultando no encolhimento do tamanho do seu smartphone. Para obter velocidades cada vez mais rápidas, Contudo, Dispositivos SAW precisam operar em frequências mais altas, que limita a potência de saída e pode deteriorar o desempenho geral. Um novo dispositivo SAW procura fornecer um caminho a seguir para que esses dispositivos alcancem frequências ainda mais altas.
Uma equipe de pesquisadores na China demonstrou um dispositivo SAW que pode atingir frequências seis vezes mais altas do que a maioria dos dispositivos atuais. Com transdutores interdigitais (IDTs) incorporados em uma camada de nitreto de alumínio e diamante combinados, o dispositivo da equipe também foi capaz de aumentar significativamente a produção. Seus resultados são publicados esta semana em Cartas de Física Aplicada .
"Descobrimos que a distribuição do campo acústico é bastante diferente para as estruturas de eletrodos convencionais e incorporados, "disse Jinying Zhang, um dos autores do artigo. "Com base na análise de simulação numérica e resultados de testes experimentais, descobrimos que as estruturas embutidas trazem dois benefícios:maior frequência e maior potência de saída. "
Dispositivos de ondas acústicas de superfície transmitem um sinal de alta frequência convertendo energia elétrica em energia acústica. Isso geralmente é feito com materiais piezoelétricos, que são capazes de mudar de forma na presença de uma voltagem elétrica. Eletrodos IDT são normalmente colocados em cima de materiais piezoelétricos para realizar essa conversão.
Aumentar a frequência operacional de IDTs - e a velocidade geral do sinal - tem se mostrado difícil. A maioria dos dispositivos SAW atuais atingem uma frequência de cerca de 3 gigahertz, Zhang disse, mas, em princípio, é possível fazer dispositivos 10 vezes mais rápidos. Frequências mais altas, Contudo, exigem mais potência para superar a perda de sinal, e, por sua vez, alguns recursos dos IDTs precisam ser cada vez menores. Embora um dispositivo de 30 GHz possa transmitir um sinal mais rapidamente, seu alcance operacional torna-se limitado.
"O maior desafio ainda é a fabricação de IDTs com recursos tão pequenos, "Zhang disse." Embora tenhamos feito muitos esforços, ainda existem pequenas lacunas entre as paredes laterais dos eletrodos e os materiais piezoelétricos. "
Para garantir que os transdutores tenham o tamanho de recurso adequado, A equipe de Zhang precisava de um material com alta velocidade acústica, como diamante. Eles então acoplaram diamante, um material que muda muito pouco de forma com a voltagem elétrica, com nitreto de alumínio, um material piezoelétrico, e incorporou o IDT em seu novo dispositivo SAW.
O dispositivo resultante operou a uma frequência de 17,7 GHz e melhorou a saída de energia em 10 por cento em comparação com dispositivos convencionais usando SAWs.
"A parte que mais nos surpreendeu é que a distribuição do campo acústico é bastante diferente para as estruturas de eletrodos embutidos e convencionais, "Zhang disse." Não tínhamos ideia alguma sobre isso antes. "
Zhang disse que espera que esta pesquisa leve a dispositivos SAW usados em circuitos integrados de micro-ondas monolíticos (MMICs), baixo custo, circuitos integrados de alta largura de banda que estão sendo usados em uma variedade de formas de comunicações de alta velocidade, como telefones celulares.
