聲波導(dǎo)將聲子引導(dǎo)進(jìn)光機(jī)械腔內(nèi)，使得該團(tuán)隊(duì)能夠直接操縱懸浮納米梁的運(yùn)動(dòng)。
任職于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種將信號(hào)在光波，聲波和無(wú)線電波之間轉(zhuǎn)換的“壓電光機(jī)回路”?；诖嗽O(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以在下一代計(jì)算機(jī)中移動(dòng)和存儲(chǔ)信息。
該團(tuán)隊(duì)的工作被發(fā)表在《Nature Photonics》雜志上，同時(shí)也在2016年3月在馬里蘭州巴爾的摩市舉行的美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上進(jìn)行了報(bào)告。
摩爾定律——一個(gè)認(rèn)為集成電路的晶體管數(shù)量將每?jī)赡攴环睦碚?mdash;—已經(jīng)被證明是非常符合實(shí)際情況的，因此工程師們將很快會(huì)開(kāi)始遭遇根本上的極限。隨著晶體管的減小，熱以及其他因素將開(kāi)始在電路中產(chǎn)生放大的效應(yīng)。因此，研究人員正在越來(lái)越多地考慮那些在其中電子元件與其他攜帶信息的物理系統(tǒng)例如光和聲音進(jìn)行連接的設(shè)計(jì)。如果研究人員可以開(kāi)發(fā)出將信號(hào)從一種類型轉(zhuǎn)換到另一種類型(轉(zhuǎn)導(dǎo))的有效的方式，連接這些不同類型的物理系統(tǒng)將可以繞過(guò)一些發(fā)生在那些只依賴于一種類型的信息載體的組件上的問(wèn)題。
例如，光能夠攜帶大量的信息，并且通常不會(huì)與它的環(huán)境非常強(qiáng)烈地相互作用，所以它不像電流一樣加熱元件。然而，雖然光很有用，但它不適合所有的情況。光線很難被長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存，它也不能直接與回路中的一些組件進(jìn)行交互。另一方面，聲學(xué)器件已經(jīng)被用在了無(wú)線通信技術(shù)中，在那里聲音更容易在緊湊的結(jié)構(gòu)中長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，因?yàn)樗苿?dòng)的速度要慢得多。
為了滿足這些需求，NIST的研究人員和他們的合作者在一個(gè)芯片上制造了一個(gè)壓電光機(jī)回路。這個(gè)回路的核心是一個(gè)光學(xué)機(jī)械腔體，在他們的方案中這是由一個(gè)懸浮的納米梁構(gòu)成。在梁內(nèi)有一系列的小孔，其對(duì)光線(光子)來(lái)說(shuō)就像一個(gè)裝滿反射鏡的大廳。具有非常特殊的顏色或頻率的光子在泄露出去之前會(huì)在這些鏡子之間來(lái)回反射幾千次。與此同時(shí)，該納米梁限制頻率為每秒幾十億周期(GHz)的聲子，即機(jī)械振動(dòng)。這些光子和聲子在腔內(nèi)交換能量，從而使梁的振動(dòng)影響腔內(nèi)光子的積累，而腔內(nèi)光子的積累會(huì)影響機(jī)械振動(dòng)的大小。這種相互作用或耦合的強(qiáng)度是目前報(bào)道的光機(jī)系統(tǒng)中最大的一個(gè)。
研究者的主要?jiǎng)?chuàng)新之一來(lái)自于將這個(gè)腔與聲學(xué)波導(dǎo)連接起來(lái)，聲學(xué)波導(dǎo)是將聲波引導(dǎo)到特定位置的器件。通過(guò)聲學(xué)波導(dǎo)將聲子引導(dǎo)進(jìn)光機(jī)器件內(nèi)，該團(tuán)隊(duì)能夠直接操縱懸浮納米梁的運(yùn)動(dòng)。由于能量交換，聲子可以改變被困在器件中的光的特性。為了產(chǎn)生這些GHz頻率(遠(yuǎn)高于可聽(tīng)見(jiàn)的聲音的頻率，即使是你的狗也聽(tīng)不到它們)的聲波，他們使用了壓電材料——在這種材料中，當(dāng)一個(gè)電壓被施加在它上面時(shí)它會(huì)隨之變形，反之亦然。通過(guò)使用一種增強(qiáng)這種壓電效應(yīng)的被稱為“叉指換能器(IDT)”的結(jié)構(gòu)，該團(tuán)隊(duì)能夠建立起無(wú)線電頻率的電磁波與聲波之間的聯(lián)系。這種強(qiáng)大的光機(jī)聯(lián)系使他們能夠?qū)@個(gè)被限制住的相干聲波能量在一個(gè)聲子的一部分的水平上進(jìn)行光檢測(cè)。
通過(guò)將電學(xué)產(chǎn)生和光學(xué)產(chǎn)生的聲子相互競(jìng)爭(zhēng)，他們?cè)诼暡ㄖ羞€觀察到了可控的干涉效應(yīng)。根據(jù)這篇論文的作者之一Kartik Srinivasan所說(shuō)，該器件也許會(huì)使對(duì)這些相互作用的詳細(xì)研究和開(kāi)發(fā)可以被光子修改的聲子回路成為可能。
“為了以最佳的方式執(zhí)行不同的任務(wù)，未來(lái)的信息處理系統(tǒng)可能需要包含其他的信息載體，例如光子和聲子，”NIST納米科學(xué)與技術(shù)中心的物理學(xué)家Srinivasan說(shuō)。“這項(xiàng)工作提出了一個(gè)在這些不同的載體之間轉(zhuǎn)導(dǎo)信息的平臺(tái)。
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