Fale akustyczne mogą być sterowane polem elektrycznym

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 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