(Phys.org)—Les chercheurs ont appris à produire en masse de minuscules dispositifs mécaniques qui pourraient aider les utilisateurs de téléphones portables à éviter les nuisances des appels interrompus et des téléchargements lents. Les appareils sont conçus pour réduire la congestion sur les ondes afin d'améliorer les performances des téléphones portables et autres appareils portables.

"Il n'y a pas assez de spectre radio pour tenir compte de l'appareil portable de tout le monde, " a déclaré Jeffrey Rhoads, professeur agrégé de génie mécanique à l'Université Purdue.

La surpopulation entraîne des appels interrompus, signaux d'occupation, qualité d'appel dégradée et téléchargements plus lents. Pour contrer le problème, l'industrie essaie de construire des systèmes qui fonctionnent avec des canaux mieux définis afin qu'un plus grand nombre d'entre eux puissent tenir dans la bande passante disponible.

"Pour ce faire, vous avez besoin de filtres plus précis pour les téléphones portables et autres appareils radio, des systèmes qui rejettent le bruit et ne laissent passer que des signaux proches d'une fréquence donnée, " a déclaré Saeed Mohammadi, un professeur agrégé de génie électrique et informatique qui travaille avec Rhoads, doctorant Hossein Pajouhi et d'autres chercheurs.

L'équipe Purdue a créé des dispositifs appelés résonateurs nanoélectromécaniques, qui contiennent un minuscule faisceau de silicium qui vibre lorsque la tension est appliquée. Les chercheurs ont montré que les nouveaux appareils sont produits avec un rendement de près de 100 pour cent, ce qui signifie que presque tous les dispositifs créés sur des plaquettes de silicium fonctionnaient correctement.

"Nous n'inventons pas une nouvelle technologie, nous les fabriquons selon un procédé qui se prête à une fabrication à grande échelle, qui surmonte l'un des plus grands obstacles à l'utilisation commerciale généralisée de ces appareils, " dit Rhoads.

Les résultats sont détaillés dans un article de recherche publié en ligne dans la revue Transactions IEEE sur la nanotechnologie . L'article a été rédigé par les doctorants Lin Yu et Pajouhi, Rhoads, Mohammadi et l'étudiante diplômée Molly Nelis.

En plus de leur utilisation comme futurs filtres de téléphones portables, de tels nanorésonateurs pourraient également être utilisés pour des capteurs chimiques et biologiques avancés dans des applications médicales et de défense nationale et éventuellement comme composants dans les ordinateurs et l'électronique.

Les dispositifs sont créés à l'aide de silicium sur isolant, ou SOI, fabrication - la même méthode utilisée par l'industrie pour fabriquer d'autres appareils électroniques. Parce que le SOI est compatible avec la technologie complémentaire métal-oxyde-semi-conducteur, ou CMOS, un autre pilier de la fabrication électronique utilisé pour fabriquer des puces informatiques, les résonateurs peuvent être facilement intégrés dans des circuits et systèmes électroniques.

Les résonateurs appartiennent à une classe de dispositifs appelés systèmes nanoélectromécaniques, ou NEMS.

On dit que le nouvel appareil est « hautement ajustable, " ce qui signifie qu'il pourrait permettre aux chercheurs de surmonter les incohérences de fabrication qui sont courantes dans les dispositifs à l'échelle nanométrique.

"En raison des différences de fabrication, il n'y a pas deux dispositifs nanométriques qui effectuent le même laminage de la chaîne de montage, " dit Rhoads. " Vous devez être capable de les régler après le traitement, ce que nous pouvons faire avec ces appareils."

Le cœur de l'appareil est une poutre en silicium fixée à deux extrémités. Le faisceau mesure environ deux microns de long et 130 nanomètres de large, ou environ 1, 000 fois plus fin qu'un cheveu humain. Le faisceau vibre au centre comme une corde à sauter. L'application d'un courant alternatif au faisceau le fait vibrer sélectivement d'un côté à l'autre ou de haut en bas et permet également au faisceau d'être finement ajusté, ou réglé.

Il a été démontré que les nanorésonateurs contrôlaient mieux leurs fréquences de vibration que les autres résonateurs. Les appareils peuvent remplacer des pièces électroniques pour obtenir des performances plus élevées et une consommation d'énergie plus faible.

"Un exemple frappant est un filtre accordable, " a déclaré Mohammadi. " Il est très difficile de faire un bon filtre accordable avec des transistors, inducteurs, et d'autres composants électroniques, mais un simple résonateur nanomécanique peut faire le travail avec de bien meilleures performances et à une fraction de la puissance."

Non seulement ils sont plus efficaces que leurs homologues électroniques, il a dit, mais ils sont aussi plus compacts.

« Parce que les appareils sont minuscules et que la fabrication a un rendement de près de 100 %, nous pouvons emballer des millions de ces appareils dans une petite puce si nous en avons besoin, " a déclaré Mohammadi. " Il est trop tôt pour savoir exactement comment ceux-ci trouveront une application dans l'informatique, mais puisque nous pouvons fabriquer ces petits appareils mécaniques aussi facilement que des transistors, nous devrions pouvoir les mélanger et les assortir entre eux et aussi avec des transistors afin d'obtenir des fonctions spécifiques. Non seulement vous pouvez les mettre côte à côte avec des puces informatiques et électroniques standard, mais ils ont tendance à fonctionner avec une fiabilité proche de 100 pour cent."

The new resonators could provide higher performance than previous MEMS, or microelectromechanical systems.

In sensing application, the design enables researchers to precisely measure the frequency of the vibrating beam, which changes when a particle lands on it. Analyzing this frequency change, allows researchers to measure minute masses. Similar sensors are now used to research fundamental scientific questions. Cependant, recent advances may allow for reliable sensing with portable devices, opening up a range of potential applications, Rhoads said.

Such sensors have promise in detecting and measuring constituents such as certain proteins or DNA for biological testing in liquids, gases and the air, and the NEMS might find applications in breath analyzers, industrial and food processing, national security and defense, and food and water quality monitoring.

"The smaller your system the smaller the mass you can measure, " Rhoads said. "Most of the field-deployable sensors we've seen in the past have been based on microscale technologies, so this would be hundreds or thousands of times smaller, meaning we should eventually be able to measure things that much smaller."