據報道，日本國家信息與通信研究院（NICT）與東北大學和東京工業大學展開合作，并成立壓電材料相關研究小組。近期，該研究小組成功開發了一款超小型原子鐘系統，與現有的原子鐘相比，它的頻率穩定性要高出一個數量級。因為這款創新的原子鐘具有小尺寸、低功耗等優點，非常適合智能手機應用，同樣也可用于傳感器網絡和機器人控制系統。

該研究小組開發了一種使用壓電薄膜諧振器（FBAR）的微波振蕩器，該諧振器在3.5GHz頻帶內表現出優異的諧振性能，可作為原子頻率標準。此外，由于無需使用外部連接晶體振蕩器或PLL倍頻電路，因此外圍電路配置非常簡單。

MEMS原子鐘原理概況和微波振蕩器組成（來源：NICT）

與商用原子鐘相比，這款創新的MEMS原子鐘芯片面積可減少約30％，功耗可降低約50％。目前，壓電薄膜諧振器（FBAR）和放大器通過引線鍵合，但將來可將二者集成于單芯片。

壓電薄膜諧振器和放大器通過引線鍵合方式連接（來源：NICT）

據該研究小組介紹，這款MEMS原子鐘性能（頻率穩定性）比商業原子鐘提高了一個數量級以上。該FBAR振蕩器的特性評估結果顯示，在3.4GHz頻帶中擁有良好的振蕩性能。而且，發現在1MHz偏移頻率處的相位噪聲是140dBc / Hz。

FBAR振蕩器的特性（來源：NICT）

MEMS原子鐘頻率穩定性的評估結果（來源：NICT）

展望未來，該研究小組計劃簡化和集成數字控制系統，進一步降低系統功耗，并將加快研發進度，盡早實現從實驗室樣品到可量產芯片化原子鐘的蛻變。