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為了進(jìn)一步推進(jìn)通信系統(tǒng)，提高其速度和效率，電子工程師將需要?jiǎng)?chuàng)建新的高性能組件，包括機(jī)電諧振器。機(jī)電諧振器是通信系統(tǒng)的重要組成部分，可用于生成特定頻率的強(qiáng)大波或以特定頻率選擇性地廣播通信信號(hào)。

為了進(jìn)一步加快通信速度并為下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò) (6G) 鋪平道路，理想情況下，新型諧振器應(yīng)在亞赫茲頻率(即高于 100GHz 的頻率)下運(yùn)行。在最近發(fā)表在Nature Electronics上的一篇論文中，由耶魯大學(xué) Hong Tang 教授領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員介紹了可以在這些高頻下運(yùn)行的新型機(jī)電諧振器。

“我們的研究強(qiáng)調(diào)將機(jī)電諧振器的工作頻率提高到 100 GHz 以上，”開(kāi)展該研究的第一作者 Jiacheng Xie 告訴 Tech Xplore?！艾F(xiàn)代通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)依賴于諧振器技術(shù)的不斷進(jìn)步，因?yàn)楦哳l率的振蕩器導(dǎo)致更快的通信速度。隨著 5G 通信技術(shù)在全球范圍內(nèi)的不斷實(shí)施，對(duì)更高頻率諧振器的需求不斷增長(zhǎng)，以支持新興技術(shù)進(jìn)步?！?/p>

謝和他的同事們創(chuàng)造的微機(jī)電諧振器由一個(gè)毫米波雙軌諧振器組成，該諧振器放置在懸掛的鈮酸鋰梁的頂部。為了將這種光束懸掛在他們的設(shè)備內(nèi)，研究人員用化學(xué)方法蝕刻掉了它下面的二氧化硅，這也最大限度地減少了聲波進(jìn)入周圍空間的損失。

“為了有效地激發(fā)和測(cè)量亞太赫茲?rùn)C(jī)械共振，我們采用了毫米波雙軌諧振器，通過(guò)為機(jī)械模式提供改進(jìn)的片上阻抗匹配來(lái)幫助機(jī)電轉(zhuǎn)換，”謝解釋說(shuō)。“可以用一個(gè)直觀的類比來(lái)類比小提琴產(chǎn)生強(qiáng)大聲音的方式，無(wú)需放大器即可在大型音樂(lè)廳中為聽(tīng)眾聽(tīng)到。雖然琴弦決定了樂(lè)器的音高，但小提琴的琴體起到了投射聲音的寬帶諧振器的作用，類似于雙軌諧振器如何廣播亞太赫茲共振以進(jìn)行檢測(cè)?！?/p>

值得注意的是，該團(tuán)隊(duì)的諧振器是使用市售的鈮酸鋰薄膜制成的，這些薄膜使用廣泛用于半導(dǎo)體制造的技術(shù)進(jìn)行圖案化。這可以極大地促進(jìn)其未來(lái)的大規(guī)模制造和實(shí)施。

Xie 和他的同事率先創(chuàng)造了工作頻率超過(guò) 100 GHz 的機(jī)電諧振器。因此，他們的工作可能對(duì) 6G 通信系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。

“這一突破有可能促進(jìn)未來(lái)通信系統(tǒng)的發(fā)展，因?yàn)槁?lián)邦通信委員會(huì) (FCC) 已經(jīng)為使用 95 GHz 至 3 THz 之間的頻率創(chuàng)建了實(shí)驗(yàn)許可證，”謝說(shuō)。“此外，從量子科學(xué)和技術(shù)的角度來(lái)看，將機(jī)械量子系統(tǒng)帶出百萬(wàn)美元的稀釋冰箱是有益的。具有超高諧振頻率的亞太赫茲諧振器比 GHz 諧振器對(duì)熱波動(dòng)的彈性要強(qiáng)得多，因此可以在更容易達(dá)到的開(kāi)爾文溫度下達(dá)到量子基態(tài)。”

謝和他的同事最近的工作可能很快會(huì)為其他在亞太赫茲頻率下工作的機(jī)電諧振器的開(kāi)發(fā)提供信息。與此同時(shí)，研究人員計(jì)劃進(jìn)一步改進(jìn)他們的設(shè)備，同時(shí)還嘗試為未來(lái)的通信系統(tǒng)創(chuàng)建其他高性能組件。

“我們現(xiàn)在將繼續(xù)努力開(kāi)發(fā)頻率更高的機(jī)電諧振器，”Tang 補(bǔ)充道?！按送猓覀兊闹攸c(diǎn)將放在利用我們現(xiàn)有技術(shù)創(chuàng)建應(yīng)用程序上?！?/p>

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