首个芯片级分子时钟问世，可提高计时和定位精度学术资讯

▲搭载分子时钟的芯片。

据ScienceBlog.com网站7月15日报道，《自然·电子学》近日载文称，麻省理工学院（MIT）电子工程与计算机科学系（EECS）和太赫兹集成电子集团（Terahertz Integrated Electronics Group，简称TIEG）的研究人员首次研发了芯片级分子时钟。在一定频率的电磁辐射下，它可以利用分子恒定、可测量的旋转确保时间准确性。该芯片有朝一日或可显著提升智能手机和其他消费型电子设备导航系统的准确性等性能。

目前，最精确的计时装置是原子钟。原子钟是基于特定频率下的原子稳定共振。所有GPS卫星上都会安装若干个原子钟。通过类似三角测量法的技术测定GPS卫星发出的时间信号，智能手机或其他地面接收器就能精确定位。然而，由于原子钟庞大且昂贵，智能手机中只能安装一种精确性相对较低的内部时钟来进行导航。如果周围有附加卫星信号，那么智能手机可以通过校正来减少定位错误，但这往往会降低导航的速度和性能。而当卫星信号较弱时（如在建筑物包围下和隧道中），智能手机则只能依靠时钟和加速度计来估计用户的当前位置和目的地。

EECS和TIEG的研究人员制造的搭载分子时钟的芯片，可以在高精度、超高频电磁辐射条件下，引发特定分子的自旋。分子旋转引起最大能量吸收时的周期为一秒钟。与原子共振类似，分子自旋也是可靠的恒量，可以作为精确的定时参考。在实验室条件下，分子钟平均每小时的误差不足1微秒，这与微型原子钟旗鼓相当，更是智能手机中的晶体振荡器时钟稳定性的上万倍。此外，由于分子钟是全电子的，不需要笨重、耗电的元件来隔离和激发原子，因此可以采用低成本的智能手机芯片通用技术——互补金属氧化物半导体（CMOS）集成电路技术进行制造。论文合著者、EECS副教授韩诺男（音译）说：“我们的愿景是，将来不再需要花大量金钱在大多数设备上安装原子钟。只需要在手机芯片一角安装小型气体池，然后剩下的事情就交给具有原子钟级别精度的分子钟了。”这种芯片级的分子时钟还可以用于水下传感或作战任务。

在分子时钟商业化前，研究人员还需对原型进行一些调试：在进一步缩小分子时钟尺寸和降低平均功耗的同时，将错误率再降低1~2个数量级。

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编译：雷鑫宇审稿：西莫编辑：张梦

来源：

https://scienceblog.com/502257/molecular-clock-uses-rotation-of-molecules/