【产通社，1月29日讯】工程师们已经研究成功如何在微芯片上产生的极其微小振动，类似我们常听说的微型地震。这项技术有望在未来支持手机及其他无线电子设备中更先进芯片的开发，帮助这些设备变得更小、更快、更节能，从根本上改变智能手机等无线电子设备的制造方式。

该研究由科罗拉多大学博尔德分校（CU Boulder）Matt Eichenfield领导，并与亚利桑那大学和桑迪亚国家实验室的合作者共同完成。他们的研究结果于1月14日发表在《自然》杂志上。

该装置依赖于一种称为表面声波（SAW）的物理效应。这些波的行为类似于声波，但它们不是穿过材料的整体，而是沿着表面移动。

地震期间，大型冲击波在地球表面蔓延，震动建筑并造成破坏。然而，在更小的规模上，振动波已经融入日常技术中。

SAW器件对世界上许多最重要的技术至关重要，它们存在于所有现代手机、钥匙扣、车库门遥控器、大多数GPS接收器、许多雷达系统等。在智能手机中，SAW功能如同精确过滤器，让手机接收来自基站的无线电信号，并将其转化为微小的机械振动。这些振动使芯片能够去除不需要的信号和噪声，过滤后的信号会被转换回无线电波用于通信。

在本次研究中，研究团队开发了一种利用“声子激光”制造SAW的新方法，工作原理类似普通激光笔，只是会产生振动。你可以把它想象成地震的冲击波浪，只不过是在一个小芯片的表面。

如今的大多数SAW设备需要两颗不同的芯片和一个电源来产生这些波。相比之下，团队开发的设备仅使用单芯片，仅配合电池即可产生更高频率的SAW波。

同样，如今的大多数激光器被称为“二极管激光器”，通过在半导体芯片表面的两个微观镜子间反射光束来工作。当光来回反射时，它撞击了半导体材料中由电池或其他电源通过电场的原子。在这个过程中，这些原子会喷射出更多的光，光束也变得更强大。

新开发的二极管激光器是大多数光学技术的基石，因为它们只需电池或简单的电压源即可作，而不需要像许多以往激光那样需要更多光线才能产生激光。为此，团队开发了一种形状像条状的装置，长度约半毫米。该设备是一堆材料：成品时由硅晶圆制成，硅片与大多数计算机芯片中的材料相同。在其上方是一层薄薄的材料，称为铌酸锂。铌酸锂是一种“压电”材料，这意味着，它振动时会产生振荡的电场，当存在电场时会产生振动。

最后，该装置还包括一层更薄的砷化铟——这是一种特殊材料，当受到弱电场冲击时，可以将电子加速到极其高速。总体而言，团队的堆栈使铌酸锂表面的振动能够直接与砷化铟中的电子相互作用。

当研究人员在砷化铟中施加电流时，薄层铌酸锂中会产生波。这些波向前冲动，撞击反射器，然后又向后晃动——类似于激光中两面镜子间的光线反射。每当这些浪潮向前推进时，它们就会变得更强。每往后退，他们就会变得更弱一点。

这些波倒退时几乎损失了99%动力，团队把它设计成能获得大量前进增益并克服这个缺点。经过几次弹跳，波浪变得非常大，部分波从一侧泄漏出来，这相当于激光光从镜子间积聚并泄漏出来。

该团队能够产生波纹波频率约为1吉赫兹，即每秒数十亿次的信号。但研究人员也认为，他们可以轻松将频率提升到数十吉赫兹甚至数百吉赫兹。这比传统SAW器件频率高得多，传统SAW器件通常最高约4吉赫兹。

迈向单芯片无线电

这款新器件可能会带来更小、更高性能、更低功耗的无线设备，如手机。例如，在智能手机中，许多不同的芯片在你发送短信、打电话或上网时，都会多次将无线电波转换成电波，再转换回来。研究人员希望简化这一流程，设计出能够仅用SAW完成所有处理的单芯片。

研究人员说，“声子激光器是需要击倒的最后一块多米诺骨牌，我们现在真的可以用同样的技术把所有无线电所需的部件都组装在一块芯片上了。”

剪报来源：
https://scitechdaily.com
论文链接：
DOI：10.1038/s41586-025-09950-8