美國國家標準與技術(shù)研究所（NIST）的工作人員在已經(jīng)開發(fā)了一個基于GaAs的“壓光機”電路，可轉(zhuǎn)換光學波、聲學波和電磁波的信號。該團隊認為基于該設(shè)計的系統(tǒng)可用于下一代計算機移動和存儲信息。

這項工作發(fā)表于《自然光學》期刊上，并于3月在巴爾的摩舉行的美國物理學會會議上發(fā)表。

雖然穆爾定律已經(jīng)證明是機具彈性，工程師們很快會遇到了基本限制。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)的界面進行信息傳輸?shù)脑O(shè)計，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，通常不會與環(huán)境發(fā)生非常強烈作用，所以它會像電一樣加熱元件。但光線很難長時間儲存，因此不能直接與一些組件，如電路，進行交互。另一方面，聲波設(shè)備已經(jīng)在無線通信技術(shù)中使用，聲音更容易存儲在結(jié)構(gòu)緊湊的結(jié)構(gòu)中，因為它移動的速度慢得多。

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

每個光學腔由微小的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，納米孔束將聲子（機械振動）限制在千兆赫頻率。光子和聲子交換能量，通過光束的振動影響空腔內(nèi)部光子的積累，而內(nèi)部空腔的光子又積累影響機械振動的大小。這種相互作用或耦合的強度是所報道的光機系統(tǒng)中最大的一個。

研究者的其中一個主要創(chuàng)新來自將這些空腔與聲學波導結(jié)合。通過將聲子導入到光學機械裝置，該研究組能夠直接操縱納米束的運動。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，當電場被施加到該材料時，材料發(fā)生變形，反之亦然。通過采用叉指換能器（IDT）增強壓電效應(yīng)，研究組能夠在射頻電磁波和聲波之間建立一種鏈接。強大的光機鏈接使他們能夠從一小部分光子的水平上對這種約束相干聲波能量進行光學檢測。

通過使電生聲子和光生聲子相互對抗，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，該器件可使人們詳細研究這些可通過聲子進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納米科學與技術(shù)中心的物理學家斯里尼瓦桑說。“這項工作為不同信息載體之間的信息轉(zhuǎn)換提供了一個平臺。”

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