Un equipo de investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) ha desarrollado un resonador de onda acústica de superficie con cizalla acoplada (CS-SAW) para mejorar las comunicaciones inalámbricas por encima de los 3 GHz. Este dispositivo podría abrir un nuevo camino de investigación para los dispositivos acústicos como filtros de banda ancha, resonadores sintonizables, sensores altamente sensibles, etc.
Los resonadores de onda acústica de superficie (SAW) se han utilizado ampliamente en comunicaciones inalámbricas por debajo de 2 GHz. Sin embargo, a medida que la comunicación inalámbrica evoluciona hacia 5G y 6G, con nuevas bandas de frecuencia por encima de 3 GHz y un ancho de banda superior a 500 MHz, la tecnología SAW convencional enfrenta serios cuellos de botella en términos de alta frecuencia (>3GHz), factor de alta calidad (valor Q) y alto coeficiente de acoplamiento electromecánico (k2).
La principal limitación de la tecnología SAW tradicional es que utiliza un coeficiente piezoeléctrico único para lograr la conversión entre energía eléctrica y mecánica. Para resolver el problema, los investigadores desarrollaron un resonador con cizalla acoplada SAW (CS-SAW) que utiliza dos acoplamientos con coeficientes de diferentes direcciones (e16 y e34).
Dos coeficientes piezoeléctricos
El equipo diseñó y preparó el resonador CS-SAW basado en un sustrato LiNbO3-on-SiC (LNoSiC). Al seleccionar el ángulo de Euler tridimensional (3D) (α) adecuado y diseñar la relación entre el espesor (hLN) y la longitud de onda (λ) de la película delgada de LiNbO3, los campos eléctricos horizontal y vertical excitan simultáneamente dos coeficientes piezoeléctricos (e16 y e34), haciéndolos acoplados coherentemente en un solo patrón de vibración.
Los resultados mostraron que este resonador CS-SAW logró un alto k2 sin precedentes del 34% a 5 GHz y una excelente figura de mérito (FoM) de hasta 221. En comparación con todos los resonadores SAW reportados por encima de 4 GHz en los últimos diez años, el resonador CS-SAW del equipo tiene la capacidad de trabajar a 5 GHz y 6 GHz, obteniendo el FoM más alto.
Este trabajo exploró la posibilidad de acoplar dos o más coeficientes piezoeléctricos en un solo patrón de vibración y diseñó un criterio para realizar dichos modos de corte acoplados, abriendo un nuevo camino de investigación para dispositivos acústicos como filtros de banda ancha, resonadores sintonizables, sensores altamente sensibles, etc.