Phonon-Laser: Mikro-Erdbeben auf dem Chip revolutionieren Smartphones

Forscher haben erstmals einen „Phonon-Laser“ entwickelt, der winzige Vibrationen auf einem einzigen Chip erzeugt. Diese Technologie könnte Smartphones deutlich dünner, leistungsfähiger und stromsparender machen. Die Entwicklung eines internationalen Teams markiert einen Durchbruch für die mobile Kommunikation.

Was ist ein Phonon-Laser?

Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Laser, der Licht (Photonen) aussendet, erzeugt ein Phonon-Laser einen kontrollierten Strahl aus Schallteilchen. Diese mechanischen Schwingungen, sogenannte Phononen, breiten sich auf der Chip-Oberfläche aus – ähnlich wie seismische Wellen, nur milliardenfach kleiner. Das neue Gerät wird als Surface Acoustic Wave (SAW) Phonon-Laser bezeichnet.

Der mehrschichtige Chip besteht aus einer Silizium-Basis, einer Schicht aus piezoelektrischem Lithiumniobat und einer ultradünnen Schicht Indiumgalliumarsenid. Diese Kombination erlaubt es, die Vibrationen elektrisch und mit hoher Präzision auf einem einzigen, festen Chip zu erzeugen und zu steuern.

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Das Ende des Platzverschwenders im Handy

Die Technologie löst ein zentrales Platzproblem in heutigen Smartphones. Oberflächenwellen sind bereits jetzt unverzichtbar, um etwa Mobilfunk-Signale von Störgeräuschen zu säubern. Allerdings benötigen aktuelle Geräte dafür zahlreiche separate Chips und Bauteile, die wertvollen Bauraum verschlingen.

Der neue Phonon-Laser verspricht, diesen gesamten Prozess zu vereinfachen. Ein einziger Chip könnte künftig die gesamte Signalverarbeitung übernehmen. Das spart nicht nur Platz, sondern auch Energie. Die Folge: deutlich schlankere Geräte mit längerer Akkulaufzeit.

Turbo für 5G und 6G

Der Prototyp arbeitet bereits mit einer Frequenz von etwa einem Gigahertz – im Bereich heutiger Mobilfunknetze. Die Forscher sind jedoch zuversichtlich, die Frequenz auf zehn oder sogar hundert Gigahertz steigern zu können. Herkömmliche SAW-Bauteile stoßen bei etwa 4 Gigahertz an ihre Grenzen.

Höhere Frequenzen bedeuten schnellere Datenverarbeitung und klarere Signalfilterung. Genau das ist die Voraussetzung für leistungsfähigere 5G- und künftige 6G-Netze. Die Integration aller Funktionen in eine Komponente wäre der letzte Puzzlestein, um alle notwendigen Funkkomponenten mit derselben Technologie auf einem Chip unterzubringen.

Anwendungen weit über Smartphones hinaus

Die Auswirkungen dieser Entwicklung reichen weit über schlankere Handys hinaus. Die effizienteren und kleineren Chips könnten Wearables, GPS-Systeme, Radartechnik und IoT-Geräte revolutionieren.

Zudem eröffnet die präzise Steuerung von Vibrationen auf dem Chip völlig neue Anwendungsfelder. Physiker arbeiten bereits an hybriden Systemen, die Phonon-Laser mit photonischen Schaltkreisen kombinieren. Solche Chips könnten sowohl Licht als auch Schwingungen manipulieren – eine Schlüsseltechnologie für zukünftige Quantencomputer, in denen stabile Vibrationen zur Steuerung von Qubits nötig sind.

Bis zur Marktreife müssen jedoch noch Hürden überwunden werden. Die Forscher müssen die notwendigen hohen Frequenzen für künftige Mobilfunkstandards zuverlässig erreichen und eine Methode für die Massenproduktion entwickeln. Die Grundlage für die nächste Revolution in der drahtlosen Kommunikation ist jedoch gelegt.

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