Elektromechanische Resonatoren werden für die Weiterentwicklung von Kommunikationssystemen benötigt, um sowohl deren Geschwindigkeit als auch Effizienz zu erhöhen. Um die nächste Generation von drahtlosen Netzwerken (6G) zu ermöglichen und die Kommunikationsgeschwindigkeit weiter zu erhöhen, müssen Elektronikingenieure neue und leistungsfähige Bauteile entwickeln, einschließlich Elektromechanischer Resonatoren. Diese können verwendet werden, um leistungsstarke Wellen mit spezifischen Frequenzen zu erzeugen oder Kommunikationssignale selektiv bei bestimmten Frequenzen zu übertragen.

Um die Kommunikation weiter zu beschleunigen und den Weg für die nächste Generation von drahtlosen Netzwerken zu ebnen, sollten neue Resonatoren idealerweise bei Sub-Terahertz-Frequenzen arbeiten (d.h. bei Frequenzen über 100 GHz). In einer kürzlich in Nature Electronics veröffentlichten Arbeit stellte ein Team von Forschern um Prof. Hong Tang an der Yale University neue Elektromechanische Resonatoren vor, die bei diesen hohen Frequenzen arbeiten können.

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„Unsere Forschung konzentriert sich darauf, die Betriebsfrequenzen von Elektromechanischen Resonatoren auf über 100 GHz zu erhöhen“, sagt Jiacheng Xie, der leitende Autor der Studie. „Die Grundlage moderner Kommunikationssysteme beruht auf dem fortlaufenden Fortschritt in der Resonator-Technologie, da höhere Frequenzen zu schnelleren Kommunikationsgeschwindigkeiten führen. Mit der weltweiten Implementierung von 5G-Kommunikationstechnologien gibt es eine wachsende Nachfrage nach höherfrequenten Resonatoren, um aufkommende technologische Fortschritte zu unterstützen.“

Die von Xie und seinen Kollegen geschaffenen Mikro-Elektromechanischen Resonatoren bestehen aus einem Millimeterwellen-Dual-Rail-Resonator, der auf einem aufgehängten Lithium-Niobat-Balken platziert ist. Um diesen Balken innerhalb des Geräts zu halten, löschten die Forscher chemisch das Siliziumdioxid darunter weg, was auch den Verlust von akustischen Wellen in den umgebenden Raum minimierte.

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„Um die sub-Terahertz-mechanischen Resonanzen effektiv anzuregen und zu messen, verwenden wir einen Millimeterwellen-Dual-Rail-Resonator, der die Elektromechanische Umwandlung durch verbessertes Impedanz-Matching zu den mechanischen Modi unterstützt“, erklärt Xie. „Man kann einen intuitiven Vergleich zum Klang eines Violins ziehen, das starke, hörbare Klänge erzeugt, ohne dass ein Verstärker benötigt wird. Obwohl die Saiten die Tonhöhe des Instruments bestimmen, fungiert der Körper der Violine als Breitband-Resonator, der den Klang projiziert, ähnlich wie ein Dual-Rail-Resonator die Sub-terahertz-Resonanzen für die Erkennung sendet.“

Das Team verwendet kommerziell erhältliche Lithium-Niobat-Dünnschichtfilme, die mit Technologien hergestellt wurden, die häufig zur Herstellung von Halbleitern verwendet werden. Dies könnte die großflächige Herstellung und Implementierung in Zukunft enorm erleichtern.

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Xie und seine Kollegen waren die ersten, die Elektromechanische Resonatoren entwickelten, die bei Frequenzen von mehr als 100 GHz arbeiten. Dies könnte wichtige Auswirkungen auf die Entwicklung von 6G-Kommunikationssystemen haben.

„Dieser Durchbruch hat das Potenzial, zur Evolution zukünftiger Kommunikationssysteme beizutragen, da die Federal Communications Commission (FCC) experimentelle Lizenzen für den Einsatz von Frequenzen zwischen 95 GHz und 3 THz geschaffen hat“, sagt Xie. „Darüber hinaus ist es aus der Perspektive der Quantenwissenschaft und -technologie von Vorteil, mechanische Quantensysteme aus Millionen-Dollar-Kompressoren zu bringen. Sub-THz-Resonatoren mit extrem

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Von Michael Lewis

Michael Lewis ist ein anerkannter Schriftsteller und Journalist, der über die Welt der Finanzen, Politik und Sport schreibt. Seine Bücher, darunter "The Big Short" und "Moneyball", wurden für ihre engagierende Geschichten erzählt und aufschlussreich analysiert.

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