För att möjliggöra modern kommunikation, dagens mobila enheter använder sig av komponenter som använder akustiska vågor (vibrationer) för att filtrera eller fördröja signaler. Dock, nuvarande lösningar har begränsade funktioner som förhindrar ytterligare miniatyrisering av mobila enheter och begränsar den tillgängliga kommunikationsbandbredden.

Nu, en forskargrupp ledd av Chiara Daraio, Caltech professor i maskinteknik, har utvecklat nya versioner av dessa komponenter med förmågor som tidigare inkarnationer inte hade. Komponenterna, känd som fononiska enheter, kan hitta användningsområden i nya typer av sensorer, förbättrad mobiltelefonteknik tillämpad fysik, och kvantberäkning.

De fononiska enheterna inkluderar delar som vibrerar extremt snabbt, rör sig fram och tillbaka upp till tiotals miljoner gånger per sekund. Teamet utvecklade dessa enheter genom att skapa kiselnitridtrummor som bara är 90 nanometer tjocka. (Ett människohår är ungefär tusen gånger tjockare.) Trummorna är ordnade i galler, med olika rutmönster med olika egenskaper.

Daraio, tillsammans med tidigare Caltech-postdoktor Jinwoong Cha visade att arrayer av dessa trummor kan fungera som avstämbara filter för signaler med olika frekvenser. De visade också att enheterna kan fungera som envägsventiler för högfrekventa vågor. Förmågan att överföra vågor i endast en riktning hjälper till att hålla signalen starkare genom att minska störningar.

Dessa fynd öppnar möjligheter att designa nya enheter – som fononiska transistorer och radiofrekvensisolatorer – baserade på fononer istället för elektroner, säger Cha och Daraio.

Deras resultat visas i två artiklar publicerade i tidskriften Naturens nanoteknik ("Elektrisk avstämning av elastisk vågutbredning i nanomekaniska gitter vid MHz-frekvenser") och Natur ("Experimentell realisering av on-chip topologiska nanoelektromekaniska metamaterial").