Only Perception: 晶片上可使光線彎曲的聲音

2014-11-27

晶片上可使光線彎曲的聲音

Engineers make sound loud enough to bend light on a computer chip
http://phys.org/news/2014-11-loud-chip.html

2014.11.26

在雷雨期間，我們都知道通常會先看到閃電後才會聽見雷聲。這是因為聲音（每小時 768 英里）傳播的比光線（每小時 670,000,000 英里）慢很多。

現在 Minnesota 大學工程研究者已開發出一款晶片，聲音與光線一起產生且被束縛在一起，故聲音能非常有效率地控制光線。這種新裝置平台能可利用光纖改善無線通訊系統，且最終可用於量子物理學的計算中。

這項研究最近發表在 Nature Communications 上。

Minnesota 大學晶片以塗布一層氮化鋁（aluminum nitride，那能導電）的矽基底製成。施加交流電氣訊號（alternating electrical signal）到此材料上，會導致此材料週期性的變形（deform）並在表面上產生聲波，類似從震央形成的地震波。這種技術已廣泛用於手機與其他無線裝置上，當作微波過濾器。

"我們的突破是將光回路與聲學裝置整合到相同的材料層，以便在光與聲波之間獲得極度強烈的交互作用，" Mo Li，電機與電腦工程系的助理教授，這項研究的領導研究者。

研究者使用先進的奈米製造技術來製作電極陣列（寬度只有 100 奈米），藉此產生高於 10 GHz 的空前高頻率聲波，這個頻率為衛星通訊所用。

"出色之處在於，在這種高頻下，聲音的波長甚至比光的波長還要短。這是（人類）首度在一個晶片上辦到，" Semere Tadesse 說，Minnesota 大學物理與天文系的畢業生，論文的第一作者。"在這個史無前例的體系下，聲音能更有效率地與光進行交互作用，以達到高速調變（modulation）。"

除了通訊中的應用外，研究者也利用這個新奇裝置來尋求量子物理學的應用。他們正在研究單一光子（photons，光的基本量子單元）與聲子（phonons，聲音的基本量子單元）。研究者計畫要把聲波當成量子運算的資訊載體使用。

※ 相關報導：

＊ Sub-optical wavelength acoustic wave modulation of integrated photonic resonators at microwave frequencies
http://www.nature.com/ncomms/2014/141117/ncomms6402/abs/ncomms6402.html