Протягом десятиліть атомні годинники залишалися найстабільнішим способом вимірювання часу. Вони відраховують секунди, коливаючись у такт з резонансною частотою атомів, і цей метод настільки точний, що визначає стандарт секунди.
Щоб дізнатись останні новини, слідкуйте за нашим каналом Google News онлайн або через застосунок.
Тепер у сфері хронометражу з’явився новий гравець. Дослідники розробили крихітний MEMS-годинник, який завдяки легуванню кремнію досяг рекордної стабільності. Після восьми годин роботи він відхилився лише на 102 наносекунди, наблизившись до точності атомних годинників, при цьому займаючи менше місця і споживаючи менше енергії. Раніше досягти цього було складно через вплив навіть невеликих змін температури.
Новий годинник презентували на 71 щорічній міжнародній конференції IEEE з електронних пристроїв. MEMS-годинник інтегровано на чипі, розміром менше цукрового кубика. У центрі розташована кремнієва пластина з п’єзоелектричною плівкою, що вібрує на природній частоті, а електроніка вимірює ці вібрації. Вбудований нагрівач підтримує оптимальну температуру, а резонатор, електроніка та нагрівач працюють як скоординована система: резонатор створює сигнал синхронізації, електроніка регулює його, а нагрівач запобігає температурним коливанням.
За словами консультанта проєкту Рузбеха Табрізіана, резонатор надзвичайно стабільний навіть при зміні температури від -40 °C до 85 °C. Це досягається легуванням кремнію фосфором, що стабілізує його механічні властивості. Легування дозволяє електроніці компенсувати навіть невеликі відхилення частоти протягом тривалого часу.
Інша особливість годинника – інтегроване автономне вимірювання та регулювання температури. Резонатор працює у двох режимах: основний режим забезпечує точність часу, другий слугує сенсором температури. Це дозволяє електроніці автоматично регулювати нагрівач і синхронізацію, підтримуючи стабільність часу навіть у змінних умовах.
Завдяки цим рішенням MEMS-годинник протягом восьми годин відхилився лише на 102 наносекунди. Лінійне масштабування до тижня дає трохи понад 2 мікросекунди дрейфу. Це значно поступається лабораторним атомним годинникам, але наближається до стабільності мініатюрних атомних моделей. Крім того, MEMS-годинник економить простір і енергію: він в 10–20 разів менше та енергоефективніше за атомні міні-годинники.
Проєкт Джаббарі та Табрізіана підтримувала DARPA, яка прагнула створити годинник з похибкою лише 1 мкс на тиждень. Основні завдання зараз – перевірка довготривалої стабільності легованого кремнію. MEMS-годинник обіцяє знайти широке застосування там, де точність часу критична, наприклад у космічних і підводних місіях або у високошвидкісних комунікаціях. Він може стати компактною, менш енергоємною альтернативою для технологій, які потребують надійної синхронізації часу.
Навіть з урахуванням конкуренції, зокрема компанії SiTime, Табрізіан впевнений у своєму рішенні: «Ми обходимо складні системи і робимо резонатор у 100 разів точнішим, ніж у SiTime, базуючись на фундаментальній фізиці напівпровідників».
Читайте також:
- Атомний горизонт: Як людство стискає чипи до меж можливого
Розвідка розкрила деталі нової модифікації російського дрона «ґерань» з авіаційною ракетою Р-60