以亚太赫兹频率工作的机电谐振器

为了进一步推进通信系统，提高其速度和效率，电子工程师将需要创建新的高性能组件，包括机电谐振器。机电谐振器是通信系统的重要组成部分，可用于生成特定频率的强大波或以特定频率选择性地广播通信信号。

为了进一步加快通信速度并为下一代无线网络 (6G) 铺平道路，理想情况下，新型谐振器应在亚赫兹频率(即高于 100GHz 的频率)下运行。在最近发表在Nature Electronics上的一篇论文中，由耶鲁大学 Hong Tang 教授领导的一组研究人员介绍了可以在这些高频下运行的新型机电谐振器。

“我们的研究强调将机电谐振器的工作频率提高到 100 GHz 以上，”开展该研究的第一作者 Jiacheng Xie 告诉 Tech Xplore。“现代通信系统的基础依赖于谐振器技术的不断进步，因为更高频率的振荡器导致更快的通信速度。随着 5G 通信技术在全球范围内的不断实施，对更高频率谐振器的需求不断增长，以支持新兴技术进步。”

谢和他的同事们创造的微机电谐振器由一个毫米波双轨谐振器组成，该谐振器放置在悬挂的铌酸锂梁的顶部。为了将这种光束悬挂在他们的设备内，研究人员用化学方法蚀刻掉了它下面的二氧化硅，这也最大限度地减少了声波进入周围空间的损失。

“为了有效地激发和测量亚太赫兹机械共振，我们采用了毫米波双轨谐振器，通过为机械模式提供改进的片上阻抗匹配来帮助机电转换，”谢解释说。“可以用一个直观的类比来类比小提琴产生强大声音的方式，无需放大器即可在大型音乐厅中为听众听到。虽然琴弦决定了乐器的音高，但小提琴的琴体起到了投射声音的宽带谐振器的作用，类似于双轨谐振器如何广播亚太赫兹共振以进行检测。”

值得注意的是，该团队的谐振器是使用市售的铌酸锂薄膜制成的，这些薄膜使用广泛用于半导体制造的技术进行图案化。这可以极大地促进其未来的大规模制造和实施。

Xie 和他的同事率先创造了工作频率超过 100 GHz 的机电谐振器。因此，他们的工作可能对 6G 通信系统的发展产生重要影响。

“这一突破有可能促进未来通信系统的发展，因为联邦通信委员会 (FCC) 已经为使用 95 GHz 至 3 THz 之间的频率创建了实验许可证，”谢说。“此外，从量子科学和技术的角度来看，将机械量子系统带出百万美元的稀释冰箱是有益的。具有超高谐振频率的亚太赫兹谐振器比 GHz 谐振器对热波动的弹性要强得多，因此可以在更容易达到的开尔文温度下达到量子基态。”

谢和他的同事最近的工作可能很快会为其他在亚太赫兹频率下工作的机电谐振器的开发提供信息。与此同时，研究人员计划进一步改进他们的设备，同时还尝试为未来的通信系统创建其他高性能组件。

“我们现在将继续努力开发频率更高的机电谐振器，”Tang 补充道。“此外，我们的重点将放在利用我们现有技术创建应用程序上。”