为了构建高精度、统一的同步网络，不仅要提高原子钟的精度，而且要扩展配备原子钟的通信设备。但原子钟在体积、重量、功耗等方面均不便于携带，因此仅限于安装在少量的GPS卫星和无线电基站上。欧洲和美国正在研究原子钟的小型化，但安装在智能手机等终端上的尺寸仍然很大，有几厘米见方。

　这一次，研究团队重点研究了“压电薄膜的厚度纵向振动”，它可以在GHz频段获得良好的共振，用于原子钟的小型化。利用这种振动，我们成功地开发了一种不需要晶体振荡器和倍频电路的简单微波振荡器。如此一来，原子钟系统的体积和功耗可大幅降低，芯片面积与市售的小型原子钟相比，可减少约30%，功耗可降低约50%。 .

　此外，为了解决从碱金属元素获取共振时的小型化和量产问题，我们自主开发了一种可以通过晶圆工艺制造的小型铷气室。当这个小气室与之前的微波振荡器一起调谐（原子钟操作）时，在 1 秒内获得了 10 到 -11 次方的频率稳定性。与市售的小型原子钟相比，这是一个数量级或更多的性能改进，可以说它表现出出色的稳定性。

　如果这次开发的技术投入实际应用，将可以在智能手机等通用通信终端上安装原子钟，而原子钟是仅限于人造卫星和基站的频率和时间标准。也就是说，它有望创造新的市场，例如机器人控制（室内无人机和潜水系统）。

　本报告内容在全球最大的微机电系统（MEMS）国际会议“第31届IEEE微机电系统国际会议（MEMS 2018）”上发表。