Äänisignaalit siruilla? lähes ilman signaalihäviötä

Kuvittele rumpukalvo, joka on erittäin ohut, noin 10 mm leveä ja jossa on useita kolmionmuotoisia reikiä.

Kööpenhaminan yliopiston Niels Bohr -instituutin tutkijat ovat yhteistyössä Konstanzin yliopiston ja ETH Zürichin kanssa onnistuneet saamaan värähtelyt kulkemaan tällaisessa kalvossa lähes ilman häviöitä.

Itse asiassa niin vähän häviöitä, että se on paljon parempi kuin edes elektronisten piirien signaalinkäsittely.

Tutkijoiden kalvon läpi lähettämät fononisignaalit ovat lähes häviöttömiä, joten kalvo tiedonsiirtoalustana on uskomattoman luotettava.

Häviö mitataan ääniaallon amplitudin pienenemisenä sen liikkuessa kalvon ympäri. Kun tutkijat ohjaavat signaalin materiaalin läpi ja kalvon reikien ympäri – missä signaali jopa muuttaa suuntaa – häviö on noin yksi fononi miljoonasta.

Samankaltaisen elektronisen piirin virranvaihteluiden amplitudi pienenee noin satatuhatta kertaa nopeammin.

Niels Bohr -instituutin tutkijat, apulaisprofessori Xiang Xi ja professori Albert Schliesser, selittävät, että tulosta ei pitäisi ajatella vain tiettynä tulevaisuuden sovelluksena – mutta mahdollisuuksia on silti runsaasti.

Tutkijoiden ”A soft-clamped topological waveguide for phonons” työssä saavutettiin siruilla oleville fononisille aaltojohteille etenemishäviöt 3 dB km⁻¹ huonelämmössä, mikä on suuruusluokkaa pienempi kuin aiemmissa sirumittakaavan laitteissa.

Tällä hetkellä maailmanlaajuisesti pyritään rakentamaan kvanttitietokone, joka on riippuvainen signaalien supertarkasta siirrosta eri osiensa välillä. Toinen kvanttitutkimuksen ala käsittelee sensoreita, jotka esimerkiksi voivat mitata pienimpiäkin biologisia vaihteluita omassa kehossamme – myös tässä signaalinsiirto on ratkaisevan tärkeää.

Mutta Xiang Xi ja Albert Schliesser ovat tällä hetkellä kiinnostuneimpia tutkimaan mahdollisuuksia tarkemmin.

"Juuri nyt haluamme kokeilla menetelmää ja nähdä, mitä sillä voi tehdä. Haluamme esimerkiksi rakentaa monimutkaisempia rakenteita ja katsoa, miten saamme fononit liikkumaan niissä tai rakentaa rakenteita, joissa saamme fononit törmäämään toisiinsa kuin autot risteyksessä.

Tämä antaa meille paremman ymmärryksen siitä, mikä on lopulta mahdollista ja mitä uusia sovelluksia on olemassa", sanoo Albert Schliesser. Kuten sanotaan: "Perustutkimus on uuden tiedon tuottamista."

Aiheesta aiemmin:

Elektronien ja fononien ennustetaan virtaavan kuin vesi 2D-puolijohteissa

Fononit ja magnonit kaveraavat