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為了進一步推進通信系統，提高其速度和效率，電子工程師將需要創建新的高性能組件，包括機電諧振器。機電諧振器是通信系統的重要組成部分，可用于生成特定頻率的強大波或以特定頻率選擇性地廣播通信信號。
為了進一步加快通信速度并為下一代無線網絡 (6G) 鋪平道路，理想情況下，新型諧振器應在亞赫茲頻率(即高于 100GHz 的頻率)下運行。在最近發表在Nature Electronics上的一篇論文中，由耶魯大學 Hong Tang 教授領導的一組研究人員介紹了可以在這些高頻下運行的新型機電諧振器。
“我們的研究強調將機電諧振器的工作頻率提高到 100 GHz 以上，”開展該研究的第一作者 Jiacheng Xie 告訴 Tech Xplore。“現代通信系統的基礎依賴于諧振器技術的不斷進步，因為更高頻率的振蕩器導致更快的通信速度。隨著 5G 通信技術在全球范圍內的不斷實施，對更高頻率諧振器的需求不斷增長，以支持新興技術進步。”
謝和他的同事們創造的微機電諧振器由一個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備內，研究人員用化學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入周圍空間的損失。
“為了有效地激發和測量亞太赫茲機械共振，我們采用了毫米波雙軌諧振器，通過為機械模式提供改進的片上阻抗匹配來幫助機電轉換，”謝解釋說。“可以用一個直觀的類比來類比小提琴產生強大聲音的方式，無需放大器即可在大型音樂廳中為聽眾聽到。雖然琴弦決定了樂器的音高，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行檢測。”
值得注意的是，該團隊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體制造的技術進行圖案化。這可以極大地促進其未來的大規模制造和實施。
Xie 和他的同事率先創造了工作頻率超過 100 GHz 的機電諧振器。因此，他們的工作可能對 6G 通信系統的發展產生重要影響。
“這一突破有可能促進未來通信系統的發展，因為聯邦通信委員會 (FCC) 已經為使用 95 GHz 至 3 THz 之間的頻率創建了實驗許可證，”謝說。“此外，從量子科學和技術的角度來看，將機械量子系統帶出百萬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 諧振器對熱波動的彈性要強得多，因此可以在更容易達到的開爾文溫度下達到量子基態。”
謝和他的同事最近的工作可能很快會為其他在亞太赫茲頻率下工作的機電諧振器的開發提供信息。與此同時，研究人員計劃進一步改進他們的設備，同時還嘗試為未來的通信系統創建其他高性能組件。
“我們現在將繼續努力開發頻率更高的機電諧振器，”Tang 補充道。“此外，我們的重點將放在利用我們現有技術創建應用程序上。”
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