در حالی‌که جهان از گوشی‌های هوشمندی که هر ساله اندازه آن‌ها در حال کوچک شدن است، شگفت زده می‌باشد، یک کشف جدید می‌تواند فضای ارتباط بی‌سیم را بیش از پیش شگفت‌آور کند.

به نقل از آی‌ای، این کشف مربوط به دسته جدیدی از مواد مصنوعی است که می‌توانند فونون‌ها را دستکاری کنند. فونون‌ها ذراتی هستند که می‌توانند ارتعاشات با فرکانس بالا و مشابه با صوت را منتقل کنند.

این کشف به ساخت گوشی‌های هوشمندی کمک می‌کند که می‌توانند به کوچکی یک کارت اعتباری باشند.

این کشف به دست پژوهشگران کالج علوم نوری وایانت دانشگاه آریزونا و آزمایشگاه ملی ساندیا انجام شده است.

به گفته آنان، این پیشرفت در حوزه فونونیک می‌تواند دستگاه‌های بیسیم را کوچک‌تر، قدرتمندتر و کارآمدتر کند.

فونون یک کوانتوم انرژی است. در واقع به برانگیزشِ گردآمدیِ(collective excitation) اتم‌ها در یک ساختار بلوری فونون می‌گویند یا به بیانی ساده‌تر، نوسان‌های هماهنگ همه‌ اتم‌ها در یک ساختار بلوری را فونون می‌گویند. در فیزیک کوانتومی برای بیان این نوسان‌ اتم‌ها در شبکه بلور از مفهوم شبه‌ذره بهره ‌می‌جویند که فونون نام دارد.

در فیزیک ماده چگال، فونون نقش بسیار مهمی دارد و در بسیاری از خاصیت‌های مواد جامد از جمله رسانایی گرمایی و رسانایی الکتریکی تاثیرگذار است. فونون به عنوان شبه‌ذره، یک بوزون است، یعنی از آمار بوز-اینشتین پیروی می‌کند.

مشکل گوشی‌های هوشمند فعلی

مت آیکنفیلد، نویسنده ارشد این مطالعه گفت: داخل تلفن‌های همراه چیزی حدود ۳۰ فیلتر وجود دارد که تنها وظیفه آنها تبدیل امواج رادیویی به امواج صوتی و برگشت آنهاست. این فیلترها امواج رادیویی را که برای تماس‌ها و داده‌ها استفاده می‌کنید به امواج صوتی که پردازنده تلفن می‌فهمد، ترجمه می‌کنند و بالعکس.

وی افزود: با این حال، این فیلترها ساخته شده از مواد تخصصی متفاوت از تراشه‌های پردازنده اصلی گوشی شما هستند و به دلیل این عدم تطابق مواد، تلفن‌ها حجیم می‌شوند. این تفاوت در مواد همچنین منجر به از دست دادن سیگنال در طول فرآیند ترجمه می‌شود که می‌تواند بر کیفیت تماس یا سرعت داده تأثیر بگذارد.

اکنون پژوهشگران مواد پیشرفته‌ای را برای ایجاد «غیرخطی‌های فونونیک غول‌پیکر» ترکیب کرده‌اند. این پیشرفت آنها را قادر ساخته تا فونون‌ها(امواج صوتی) را مانند لیزرهایی که نور را دستکاری می‌کنند، دستکاری کنند که منجر به کنترل بسیار دقیق‌تری بر روی فونون‌ها شده است.

دانشمندان بر این باورند که با دستکاری فونون‌ها با این روش‌های جدید می‌توانند قطعات حجیم تلفن‌های هوشمند کنونی را که تبدیل سیگنال را انجام می‌دهند، جایگزین کنند.

فرآیند غیر خطی

پژوهشگران برای این کار از ترکیب دو ماده ویژه به نام‌های لیتیوم نیوبات و یک لایه نازک از نیمه هادی گالیوم آرسنید ایندیوم استفاده کردند.

لیتیوم نیوبات یک ماده رایج است که قبلاً در فیلترهای گوشی‌های هوشمند استفاده می‌شد و در تبدیل سیگنال‌های الکتریکی به امواج صوتی و برعکس خوب عمل می‌کند. با این حال، در دستکاری آنها کارآمد نیست.

در عین حال، نیمه هادی گالیم آرسنید ایندیوم نقش مهمی در ایجاد «غیرخطی‌های صوتی غول‌پیکر» ایفا می‌کند.

پژوهشگران با لایه‌بندی دقیق این دو ماده محیطی را ایجاد کردند که در آن امواج صوتی با دقت بی‌سابقه‌ای قابل دستکاری هستند.

لیزا هکت از ساندیا می‌گوید: وقتی این مواد را به درستی ترکیب کردیم، توانستیم به طور آزمایشی به رژیم جدیدی از غیرخطی بودن فونونیک دسترسی پیدا کنیم.

این شیوه به پژوهشگران اجازه می‌دهد دستگاه‌هایی ایجاد کنند که می‌توانند عملکردهای مشابه فیلترهای حجیم تلفن شما را شامل مخلوط کردن سیگنال‌ها، فیلتر کردن نویز و تقویت سیگنال‌های ضعیف انجام دهند. اکنون آنها می‌توانند همه این کارها را روی یک تراشه واحد و با استفاده از امواج صوتی به جای برق انجام دهند.

هکت اضافه کرد: این بدان معناست که ما مسیری رو به جلو برای اختراع فناوری با کارایی بالا برای ارسال و دریافت امواج رادیویی داریم که به صورت کوچک‌تر از همیشه ممکن است.

تاثیر بالقوه

مزایای این کشف به کوچک شدن اندازه محدود نمی‌شود. دستگاه‌های فونونیک از نظر انرژی کارآمدتر خواهند بود، به این معنی که تلفن همراه کوچک شما در آینده تنها با یک بار شارژ، عمر طولانی‌تری خواهد داشت.

این فناوری همچنین می‌تواند منجر به ایجاد حسگرهای کوچکتر و دقیق‌تر پزشکی شود که انقلابی در مراقبت‌های بهداشتی ایجاد می‌کند یا شبکه‌های بی‌سیم بسیار کارآمدی که خودروهای خودران را هدایت می‌کنند، می‌سازد.