p Cientistas do Sandia National Laboratories construíram o menor e melhor amplificador acústico do mundo. E eles fizeram isso usando um conceito que foi praticamente abandonado por quase 50 anos. p De acordo com um artigo publicado em 13 de maio em Nature Communications , o dispositivo é mais de 10 vezes mais eficaz do que as versões anteriores. As direções de design e pesquisas futuras são promissoras para tecnologias sem fio menores.

p Os telefones celulares modernos vêm com rádios para enviar e receber chamadas, mensagens de texto e dados em alta velocidade. Quanto mais rádios em um dispositivo, mais ele pode fazer. Embora a maioria dos componentes de rádio, incluindo amplificadores, são eletrônicos, eles podem ser potencialmente menores e melhores como dispositivos acústicos. Isso significa que eles usariam ondas sonoras em vez de elétrons para processar sinais de rádio.

p "Dispositivos de ondas acústicas são inerentemente compactos porque os comprimentos de onda do som nessas frequências são tão pequenos - menores que o diâmetro do cabelo humano, "A cientista de Sandia Lisa Hackett disse. Mas até agora, usar ondas sonoras tem sido impossível para muitos desses componentes.

p Acústico de Sandia, Amplificador de 276 megahertz, medindo apenas 0,0008 polegada quadrada (0,5 milímetro quadrado), demonstra o vasto, potencial amplamente inexplorado para tornar os rádios menores por meio da acústica. Para amplificar frequências de 2 gigahertz, que transportam grande parte do tráfego de telefones celulares modernos, o dispositivo seria ainda menor, 0,00003 polegada quadrada (0,02 milímetros quadrados), uma pegada que caberia confortavelmente dentro de um grão de sal de mesa e é mais de 10 vezes menor do que as tecnologias de ponta atuais.

p A equipe também criou o primeiro circulador acústico, outro componente de rádio crucial que separa os sinais transmitidos e recebidos. Juntos, as partes pequenas representam um caminho essencialmente desconhecido para tornar todas as tecnologias que enviam e recebem informações com ondas de rádio menores e mais sofisticadas, disse o cientista da Sandia Matt Eichenfield.

p “Somos os primeiros a mostrar que é prático fazer as funções que normalmente estão sendo feitas no domínio eletrônico no domínio acústico, "Disse Eichenfield.

p Ressuscitando um design de décadas

p Os cientistas tentaram fazer amplificadores acústicos de radiofrequência décadas atrás, mas os últimos artigos acadêmicos importantes desses esforços foram publicados na década de 1970.

p Sem tecnologias modernas de nanofabricação, seus dispositivos funcionaram muito mal para serem úteis. Aumentar um sinal por um fator de 100 com os dispositivos antigos exigia 0,4 polegada (1 centímetro) de espaço e 2, 000 volts de eletricidade. Eles também geraram muito calor, exigindo mais de 500 miliwatts de potência.

p O novo e aprimorado amplificador é mais de 10 vezes mais eficaz do que as versões construídas nos anos 70 em alguns aspectos. Ele pode aumentar a intensidade do sinal por um fator de 100 em 0,008 polegadas (0,2 milímetros) com apenas 36 volts de eletricidade e 20 miliwatts de potência.

p Pesquisadores anteriores chegaram a um beco sem saída tentando melhorar os dispositivos acústicos, que não são capazes de amplificação ou circulação por conta própria, usando camadas de materiais semicondutores. Para que seu conceito funcione bem, o material adicionado deve ser muito fino e de alta qualidade, mas os cientistas só tinham técnicas para fazer um ou outro.

p Décadas depois, Sandia desenvolveu técnicas para fazer ambos a fim de melhorar as células fotovoltaicas adicionando uma série de camadas finas de materiais semicondutores. O cientista Sandia que liderava esse esforço dividia o escritório com Eichenfield.

p "Tive uma exposição periférica bastante intensa. Ouvia falar sobre isso o tempo todo em meu escritório, "Eichenfield disse." Então, avance provavelmente três anos depois, Eu estava lendo esses jornais por curiosidade sobre este trabalho de amplificador acústico-elétrico e lendo sobre o que eles tentaram fazer, e percebi que este trabalho que Sandia tinha feito para desenvolver essas técnicas para, essencialmente, tomar muito, semicondutores muito finos e transferi-los para outros materiais era exatamente o que precisaríamos para fazer esses dispositivos cumprirem todas as suas promessas. "

p Sandia fez seu amplificador com materiais semicondutores com 83 camadas de átomos de espessura - 1, 000 vezes mais fino que um cabelo humano.

p A fusão de uma camada semicondutora ultrafina em um dispositivo acústico diferente exigia um processo intrincado de crescimento de cristais em cima de outros cristais, ligando-os a outros cristais e, em seguida, removendo quimicamente 99,99% dos materiais para produzir uma superfície de contato perfeitamente lisa. Métodos de nanofabricação como este são chamados coletivamente de integração heterogênea e são uma área de pesquisa de crescente interesse na Engenharia de Microsistemas de Sandia, Ciência e aplicações complexas e em toda a indústria de semicondutores.

p Amplificadores, circuladores e filtros são normalmente produzidos separadamente porque são tecnologias diferentes, mas Sandia produziu todos no mesmo chip acústico-elétrico. Quanto mais tecnologias podem ser feitas no mesmo chip, a manufatura mais simples e eficiente se torna. A pesquisa da equipe mostra que os componentes de processamento de sinal de rádio restantes podem ser concebidos como extensões dos dispositivos já demonstrados.

p O trabalho foi financiado pelo programa de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido pelo Laboratório Sandia e pelo Centro de Nanotecnologias Integradas, uma instalação de usuário operada em conjunto pelos laboratórios nacionais Sandia e Los Alamos.

p Então, quanto tempo até que essas pequenas peças de rádio estejam dentro do seu telefone? Provavelmente não por enquanto, Eichenfield disse. Convertendo os produzidos em massa, produtos comerciais, como telefones celulares para todas as tecnologias acústico-elétricas, exigiriam uma revisão massiva da infraestrutura de fabricação, ele disse. Mas para pequenas produções de dispositivos especializados, a tecnologia é uma promessa mais imediata.

p A equipe Sandia agora está explorando se eles podem adaptar sua tecnologia para melhorar o processamento de sinal totalmente óptico, também. Eles também estão interessados ​​em descobrir se a tecnologia pode ajudar a isolar e manipular um único quanta de som, chamados fônons, o que o tornaria potencialmente útil para controlar e fazer medições em alguns computadores quânticos.