Fale akustyczne sterowane polem elektrycznym. Udało się to po raz pierwszy w historii

Naukowcom po raz pierwszy w historii udało się dostroić i kontrolować fale akustyczne na chipie. Osiągnięcie to może mieć przełożenie na rozwój technologii kwantowych.
Fale akustyczne mogą być sterowane polem elektrycznym

Fale akustyczne mogą być sterowane polem elektrycznym

Fale akustyczne różnią się pod wieloma względami od fal elektromagnetycznych – są przede wszystkim dużo wolniejsze. Ponieważ krótke fale akustyczne można dość łatwo zamknąć w strukturach nanoskalowych, są użyteczne w licznych zastosowaniach, także kwantowych. Okazuje się jednak, że falami akustycznymi da się manipulować przy pomocy… pola elektrycznego. Udowodnili to teraz naukowcy z Uniwersytetu Harvarda.

Fale akustyczne są obiecujące jako nośniki informacji w układzie scalonym, zarówno dla kwantowego, jak i klasycznego przetwarzania informacji, ale rozwój akustycznych układów scalonych był utrudniony przez niemożność kontrolowania fal akustycznych w sposób skalowalny i niskostratny. W tej pracy pokazaliśmy, że możemy kontrolować fale akustyczne na zintegrowanej platformie niobianu litu, co przybliża nas o krok do akustycznego układu scalonego.prof. Marko Loncar, z Uniwersytetu Harvarda, główny autor pracy

Zespół prof. Loncara wykorzystał unikalne właściwości niobianu litu (LiNbO3) do budowy elektroakustycznego modulatora na chipie, który pozwala kontrolować fale akustyczne rozchodzące się po chipie. Można w ten sposób sterować fazą, amplitudą i częstotliwością fal akustycznych na chipie. Szczegóły opisano w Nature Electronics.

Czytaj też: Fale radiowe na straży bezpieczeństwa sprzętów elektronicznych, bo cyberataki to nie wszystko

W pracy czytamy:

W tym artykule opisujemy elektryczną kontrolę gigahertzowych fal akustycznych w temperaturze pokojowej i temperaturach rzędu milikelwinów. Modulację fazy uzyskujemy poprzez dostrojenie elastyczności falowodu akustycznego z niobianu litu za pomocą efektu elektroakustycznego. Ten modulator fazy jest następnie wykorzystywany do budowy akustycznego przesuwnika częstotliwości opartego na modulacji fazy serrodyny, a modulatory fazy w konfiguracji interferometru Macha-Zehndera są wykorzystywane do budowy elektroakustycznego modulatora amplitudy. Dostosowując dopasowanie fazowe między polem akustycznym a kwaziwędrującym polem elektrycznym, uzyskujemy rekonfigurowalną modulację niewzajemną o niewzajemności ponad 40 dB. Nasz modulator elektroakustyczny może zapewnić koherentną modulację fal akustycznych na poziomie pojedynczego fononu w temperaturze 50 mK.

Do tej pory zaprezentowano tylko jeden modulator na chipie, naukowcy pracują nad budową bardziej złożonych, wielkoskalowych obwodów akustyczny-falowych i połączeń z innymi systemami kwantowymi.

Nasza praca otwiera drogę do stworzenia wydajnych urządzeń i obwodów wykorzystujących fale akustyczne do przetwarzania sygnałów mikrofalowych nowej generacji, a także sieci kwantowych i interfejsów na chipie łączących różne typy systemów kwantowych, w tym półprzewodnikowe systemy atomowe i kubity nadprzewodnikowe.adiunkt Linbo Shao, jeden z autorów pracy