新型微芯片设计利用表面声波实现先进的传感技术

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一组研究人员首次成功利用激光在微芯片表面产生引导声波。这些声波类似于地震时产生的表面波，在芯片上传播的频率几乎是地震频率的十亿倍。
通过将声波包含在芯片表面，它可以更容易地与环境交互，使其成为先进传感技术的完美候选者。
该研究结果发表在APL Photonics杂志上。
“在微芯片表面使用声波可应用于传感、信号处理和先进的通信技术，”悉尼大学纳米研究所和物理学院的资深作者兼项目负责人 Moritz Merklein 博士说。“我们现在可以开始考虑使用光和声音代替电的芯片新设计。
论文第一作者、荷兰特温特大学学生戈弗特·内伊茨 (Govert Neijts) 曾在悉尼大学实验室工作了九个月，他表示：“通常，表面声波是使用电子设备‘激发’的。在这里，我们使用光子学或光能来产生声波。这种方法有多个优点，其中最主要的是光不会产生电子激发引起的芯片热量。”
科学家利用由锗、砷和硒化物制成的特殊玻璃（称为 GeAsSe），取得了显著的成果，包括表明光和声音之间强相互作用的测量结果。
这项创新研究展示了如何利用激光以新型材料作为“波导”来产生和检测高频表面声波。
“这种材料被认为是一种软玻璃。这意味着，与许多材料不同，它可以作为高频声波的引导，并让它们更自由地与我们放入芯片的光波相互作用，”Merklein 博士说。
产生和操纵这些高频声波的能力为传感和信号处理领域的新应用开辟了无限的可能性。
论文合著者、悉尼大学光子学和光学科学研究所博士后研究员 Choon-Kong Lai 博士表示，“想象一下能够检测到环境微小变化的传感器，或者能够增强通信技术的先进信号处理技术。
“我们的创新方法不仅为更灵敏、更高效的设备铺平了道路，而且还扩大了在单个芯片上集成声学和光学技术的潜力。”
该团队之前曾演示过在声子学或芯片内“捕捉”光信息。这种“雷声中的闪电”创新在当时是世界首创。
“我们开展这项工作是为了能够在芯片表面管理和引导高频声波信息。这对新兴传感技术的发展做出了重要贡献，”合著者兼研究团队负责人、悉尼大学副校长（研究）本·埃格尔顿 (Ben Eggleton) 教授说。
研究人员使用的技术被称为受激布里渊散射 (SBS)。这是由光子 (光) 和声子 (声音) 之间的增强反馈回路创建的。
当光在芯片或光纤中移动时，会产生声波振动。此前，声波振动被视为光通信中的一大障碍，但后来科学家意识到，他们可以耦合并增强这种振动，作为一种传输和处理信息的新方法。
反馈过程使光波（通常由激光产生）和声波“耦合”，从而增强了这种反馈效应的威力。研究人员预计受激布里渊散射将应用于 5G/6G 和宽带网络、传感器、卫星通信、雷达系统、防御系统甚至射电天文学。