::: reklama@pbprog.kz
::: editor@pbprog.kz
::: webmaster@pbprog.kz
Разработаны фононные схемы для управления акустическими волнами гигагерцового диапазона
Фононные схемы — это новые устройства, которые могут управлять звуковыми волнами (то есть фононами) подобно тому, как электронные схемы управляют потоком электронов. Вместо проводов, транзисторов и других распространённых электронных компонентов эти схемы основаны на волноводах, топологических краевых структурах и других компонентах, которые могут направлять фононы.
Фононные цепи открывают новые возможности для разработки высокоскоростных систем связи, квантовых систем и различных других технологий.
Чтобы быть совместимыми с существующей инфраструктурой, в том числе с современными системами микроволновой связи, и использоваться для разработки высокоэффективных квантовых технологий, эти схемы в идеале должны работать на гигагерцовых (ГГц) частотах. По сути, это означает, что звуковые волны, которые они генерируют и которыми управляют, колеблются миллиарды раз в секунду.
Исследователи из Китайского университета науки и технологий, Пенсильванского университета и других институтов недавно разработали новые компактные фононные схемы, которые могут надёжно направлять звуковые волны на частоте 1,5 ГГц.
Эти новые схемы, представленные в статье, опубликованной в Nature Electronics, могут быть использованы для создания как квантовых, так и классических устройств, которые будут способствовать развитию связи, датчиков и систем обработки информации.
«Нас вдохновил успех интегрированной фотоники, и мы хотели показать, что аналогичные концепции можно применить к звуковым волнам», — рассказал Мурад Удич, соавтор статьи.
«Нашей целью было создать крошечные фононные схемы размером с чип, работающие на частотах в гигагерцовом диапазоне, компактные, реконфигурируемые и достаточно надёжные для применения в реальных условиях».
Схемы, разработанные этими исследователями, предназначены для удержания акустических волн на частотах в гигагерцах и их направления по крошечным волноводам на чипе. Примечательно, что эти волны распространяются непосредственно по подложке, что может упростить крупномасштабное производство схем.
«Наши фононные схемы состоят из микроскопических „магистралей“, по которым распространяется звук, а не свет», — объяснил Удич. — «Располагая эти волноводы особым образом, мы создаём топологические пути, по которым звук беспрепятственно распространяется даже вокруг углов или дефектов. Это делает схемы более надёжными и значительно уменьшает их размер по сравнению с традиционными акустическими устройствами».
Чтобы оценить их фононные контуры, исследователи проследили за распространением фононов внутри них с помощью сканирующего оптического виброметра высокого разрешения. Это устройство, которое может измерять едва заметные колебания на поверхности, например те, что возникают при движении фононов по волноводам.
Исследователи внедрили фононы в краевые каналы своих схем и продемонстрировали, что они успешно проходят через систему без рассеяния. Они также провели так называемый тест интерферометра Маха — Цендера, который подтвердил возможность реконфигурации их фононных устройств (то есть их способность быстро менять траектории фононов).
Реконфигурируемые устройства, разработанные этой группой исследователей, вскоре могут быть использованы для создания широкого спектра технологий, включая квантовые процессоры, высокоточные датчики и новые гибридные системы связи. Ученые в настоящее время планируют дальнейшие исследования, направленные на объединение их схем с существующей электроникой и компонентами.