手机芯片将靠“微型地震”驱动？单芯片集成颠覆未来

未来，先进智能手机或许会由一场可控的“微型地震”供电。

美国科罗拉多大学博尔德分校、亚利桑那大学和桑迪亚国家实验室的研究人员，开发出一种声表面波（SAW）声子激光设备，能在微芯片表面产生“想象中最微小的地震”——高频振动。

亚利桑那大学研究生、研究第一作者Alexander Wendt解释：“这就像地震产生的波，但只发生在一小块芯片表面。”这项技术有望催生更优的智能手机芯片，让手机变得更小、更快、能效大幅提升。

声子激光的应用：从地震波到手机芯片

声表面波是仅在材料顶层传播的振动，类似地震的地震波，但尺度微缩至微观级别。大型声表面波能摧毁建筑，而微型版本是现代电子设备的核心，在智能手机、GPS和雷达系统中充当精密滤波器。

你每次发短信或查GPS时，手机都在使用这种波：它们像微小的振动过滤器，清除背景噪声以保证数据清晰。但现有技术体积庞大，需多芯片协作，工作频率约4吉赫兹。

新研究探索了用声子激光生成声表面波的独特方法：它像普通激光笔，但发射的是振动而非光，能简化声表面波的生成过程。当前技术通常需多芯片和复杂供电，而新设备将所有功能集成在单芯片上，且仅需简单电池供电，就能实现比以往更高的频率。

单芯片集成的未来：复刻二极管激光原理

该设备的设计复刻了二极管激光的机制——二极管激光是现代电子行业的标准组件。普通激光通过在微镜间反射光来激发更多光，生成强光束；而新设备用相同原理放大振动。

资深作者Matt Eichenfield解释：“二极管激光是多数光学技术的基石，因为它们只需电池或简单电压源就能运行，不像许多早期激光需要更多光来生成激光。我们想为声表面波打造类似的激光装置。”

研究人员设计了一个仅半毫米长的条形设备，由特殊材料“堆叠”而成：底层是标准硅基底，上层是铌酸锂（一种连接电与物理运动的压电材料），最顶层是能加速电子流动的铟镓砷化物薄膜。这种结构让表面振动与高速电子直接交互，为放大声波创造了理想环境。

当电池供电时，振动像泳池里的波来回震荡，每一次往返都会变强。该设备已实现1吉赫兹的频率，未来有望扩展至数百吉赫兹。

当前手机是不同组件拼凑的“拼图”，而这项技术能让工程师将所有无线电部件（接收器、滤波器、发射器）集成到单芯片上。这意味着手机更轻薄、电池续航延长数天、无线速度让现有5G显得像拨号上网。

该研究于1月14日发表在《自然》杂志。