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
Semere Ayalew Tadesse & Mo Li
Nature Communications, 5, Article number: 5402
doi: 10.1038/ncomms6402
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