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科技日報北京5月12日電 （記者張佳欣）據最新一期《自然·材料》雜志報道，美國亞利桑那大學(xué)懷恩特光學(xué)科學(xué)學(xué)院和桑迪亞國家實(shí)驗室的科研人員，共同研發(fā)出一種能夠操縱聲子的新型合成材料。這種材料被認為是聲學(xué)應用中的一次重大突破。
研究人員將高精度半導體材料和壓電材料相結合，成功地在聲子之間產(chǎn)生了非線(xiàn)性相互作用。這一成果與之前的聲子放大器技術(shù)相結合，為智能手機和其他無(wú)線(xiàn)數據發(fā)射器等設備實(shí)現更小、更高效、更強大的性能提供了可能。
智能手機中大約有30個(gè)由特殊微芯片制成的壓電濾波器，負責將無(wú)線(xiàn)電波轉換成聲波，再轉換回無(wú)線(xiàn)電波。這些濾波器是前端處理器的一部分，在每次數據交換時(shí)，都需要進(jìn)行多次聲波和電磁波的轉換，不僅產(chǎn)生損耗，還降低了設備性能。由于濾波器不能使用硅等常規材料制造，導致手機的物理尺寸遠大于實(shí)際需求。
傳統上，聲子的行為是完全線(xiàn)性的。在這項研究中，研究人員成功展示了聲子的非線(xiàn)性行為。他們發(fā)現，在這種新型聲學(xué)材料中，一束聲子能夠影響另一束聲子的頻率。更重要的是，聲子可以通過(guò)類(lèi)似于晶體管電子設備的方式進(jìn)行操縱，這在過(guò)去是無(wú)法實(shí)現的。
研究人員表示，將所有射頻前端組件集成在一個(gè)芯片上，有望將智能手機和其他無(wú)線(xiàn)通信設備的尺寸縮小至原來(lái)的百分之一。該團隊已在微電子尺度的設備上完成了原理驗證。
新技術(shù)有望打破當前射頻處理硬件的物理尺寸限制。未來(lái)，人們或將迎來(lái)體積大幅縮小、信號覆蓋更廣、電池續航時(shí)間更長(cháng)的通信設備。
功能強大的手機，已然成為隨身的智能助手。未來(lái)，它會(huì )變成什么樣？這在很大程度上依賴(lài)于材料科學(xué)的進(jìn)步。新研發(fā)的聲學(xué)材料通過(guò)使聲子之間發(fā)生相互作用，讓無(wú)線(xiàn)設備變得更加小巧、性能更優(yōu)，這為智能手機的“進(jìn)化”提供了重要思路。其實(shí)，隨著(zhù)眾多新材料的涌現，手機可從多種途徑實(shí)現更新迭代。比如，利用二維材料作為手機芯片，有望使手機打破摩爾定律的束縛，變得運行更快、能耗更低；使用光伏材料作為手機外殼，有望使手機隨時(shí)借助陽(yáng)光充電。這些，為未來(lái)手機形態(tài)提供了巨大的想象空間。
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