美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）的工作人員在已經(jīng)開發(fā)了一個(gè)基于GaAs的“壓光機(jī)”電路，可轉(zhuǎn)換光學(xué)波、聲學(xué)波和電磁波的信號(hào)。該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為基于該設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可用于下一代計(jì)算機(jī)移動(dòng)和存儲(chǔ)信息。

這項(xiàng)工作發(fā)表于《自然光學(xué)》期刊上，并于3月在巴爾的摩舉行的美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上發(fā)表。

雖然穆爾定律已經(jīng)證明是機(jī)具彈性，工程師們很快會(huì)遇到了基本限制。由于晶體管的收縮、散熱和其他因素將很快對(duì)電路產(chǎn)生較大的影響，研究人員正在考慮能在電子元件接口與其他物理系統(tǒng)的界面進(jìn)行信息傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)，如光和聲音。

如果研究人員可以開發(fā)出一種有效的方式將信號(hào)從一種類型轉(zhuǎn)換到另一種類型，將這些不同類型的物理系統(tǒng)連接在一起便可以避免組件依賴于一種信息載體的問題。

例如，光能夠攜帶大量的信息，通常不會(huì)與環(huán)境發(fā)生非常強(qiáng)烈作用，所以它會(huì)像電一樣加熱元件。但光線很難長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存，因此不能直接與一些組件，如電路，進(jìn)行交互。另一方面，聲波設(shè)備已經(jīng)在無線通信技術(shù)中使用，聲音更容易存儲(chǔ)在結(jié)構(gòu)緊湊的結(jié)構(gòu)中，因?yàn)樗苿?dòng)的速度慢得多。

NIST的研究人員及合作者在關(guān)鍵部位建立了一個(gè)壓電光學(xué)電路，能夠支持光學(xué)諧振腔腔局部將1550nm光子和2.4GHz聲子結(jié)合成光子和聲子波導(dǎo)。他們說，在GaAs上易于操縱這種局部力學(xué)模式，無論是通過壓電效應(yīng)的RF場(chǎng)（產(chǎn)生的聲波被路由通過聲子晶體波導(dǎo)耦合到光學(xué)腔）還是光學(xué)場(chǎng)。

每個(gè)光學(xué)腔由微小的GaAs桿上的空氣孔陣列組成。這些小孔像鏡子一樣反射光。同時(shí)，納米孔束將聲子（機(jī)械振動(dòng)）限制在千兆赫頻率。光子和聲子交換能量，通過光束的振動(dòng)影響空腔內(nèi)部光子的積累，而內(nèi)部空腔的光子又積累影響機(jī)械振動(dòng)的大小。這種相互作用或耦合的強(qiáng)度是所報(bào)道的光機(jī)系統(tǒng)中最大的一個(gè)。

研究者的其中一個(gè)主要?jiǎng)?chuàng)新來自將這些空腔與聲學(xué)波導(dǎo)結(jié)合。通過將聲子導(dǎo)入到光學(xué)機(jī)械裝置，該研究組能夠直接操縱納米束的運(yùn)動(dòng)。由于能量交換，聲子可以改變困在設(shè)備中的光子的性質(zhì)。

他們使用的壓電材料來產(chǎn)生千兆赫頻率的聲波，當(dāng)電場(chǎng)被施加到該材料時(shí)，材料發(fā)生變形，反之亦然。通過采用叉指換能器（IDT）增強(qiáng)壓電效應(yīng)，研究組能夠在射頻電磁波和聲波之間建立一種鏈接。強(qiáng)大的光機(jī)鏈接使他們能夠從一小部分光子的水平上對(duì)這種約束相干聲波能量進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)。

通過使電生聲子和光生聲子相互對(duì)抗，研究人員還在聲波中觀察到可控的干擾效應(yīng)。根據(jù)這篇論文的作者之一卡爾蒂克·斯里尼瓦桑，該器件可使人們?cè)敿?xì)研究這些可通過聲子進(jìn)行修改的聲子電路的相互作用和發(fā)展。

“未來的信息處理系統(tǒng)可能需要包含其他的信息載體，如光子和聲子，以最佳的方式執(zhí)行不同的任務(wù)。”NIST納米科學(xué)與技術(shù)中心的物理學(xué)家斯里尼瓦桑說。“這項(xiàng)工作為不同信息載體之間的信息轉(zhuǎn)換提供了一個(gè)平臺(tái)。”

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