Topologisia ilmiöitä korkeilla taajuuksilla28.04.2022
Pennsylvanian yliopiston tutkijoiden johtama yhteistyötutkimus osoittaa akustisen järjestelmän topologisia ominaisuuksia, joilla on vaikutuksia sovelluksiin, kuten 5G-viestintään ja kvantti-informaation käsittelyyn. Uusi tutkimus kuvaa integroidun akustis-elektronisen järjestelmän topologisia käyttömahdollisuuksia teknisesti relevanteilla taajuuksilla. Tutkimusta johti postdoc Qicheng (Scott) Zhang, yhteistyössä Bo Zhenin ja kollegoiden kanssa Pekingin posti- ja televiestintäyliopistosta ja Texasin yliopistosta Austinissa. Topologisia ilmiöitä oletetaan esiintyvän monissa materiaaleissa, mukaan lukien ne, joissa hyödynnetään valoa tai ääniaaltoja sähkön sijasta. Tässä tutkimuksessa Zhang oli kiinnostunut tutkimaan topologisia fononisia kiteitä, akustisia aaltoja käyttäviä metamateriaaleja. Näissä kiteissä tiedetään topologisia ominaisuuksia esiintyvän matalilla taajuuksilla megahertsialueella, mutta Zhang halusi nähdä, voisiko topologisia ilmiöitä esiintyä myös gigahertsialueella. Tämän monimutkaisen järjestelmän tutkimiseksi tutkijat yhdistivät huippuluokan menetelmiä ja asiantuntemusta teoriassa, simuloinnissa, nanovalmistuksessa ja kokeellisissa mittauksissa. Tarkkojen työkalujen avulla tutkijat etsasivat nanomittakaavan piirejä alumiininitridikalvoille. Ne lähetettiin sitten Keji Lain laboratorioon UT Austiniin mikroaaltoimpedanssimikroskopiaan, menetelmään, joka kaappaa korkean resoluution kuvia akustisista aalloista nanometrien mitoissa. Tämän työn keskeisin havainto on kokeellinen näyttö, joka osoittaa, että topologisia ilmiöitä itse asiassa esiintyy myös gigahertsin taajuusalueilla. "Tämä työ tuo topologian käsitteen gigahertsin akustisiin aaltoihin", Zhang sanoo. "Osoitimme, että meillä on tämä mielenkiintoinen fysiikka hyödyllisellä alueella, ja nyt voimme rakentaa alustan mielenkiintoisemmalle tutkimukselle." Toinen tärkeä tulos on, että nämä ominaisuudet voidaan rakentaa laitteen atomirakenteeseen niin, että materiaalin eri alueet voivat levittää signaaleja tavoilla, joita teoreetikot ovat ennustaneet. Kaiken kaikkiaan tutkijat sanovat, että tämä työ tarjoaa kriittisen lähtökohdan sekä fysiikan perustutkimuksen edistymiselle että uusien laitteiden ja teknologioiden kehittämiselle. Lähitulevaisuudessa tutkijat ovat kiinnostuneita muokkaamaan laitettaan käyttäjäystävällisemmäksi ja parantamaan sen suorituskykyä korkeammilla taajuuksilla, mukaan lukien taajuudet, joita käytetään sovelluksissa, kuten kvanttitietojen käsittelyssä. Aiheesta aiemmin: |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.