拓?fù)洳牧鲜闺娮友刂浔砻婧瓦吘壱苿?dòng)而不產(chǎn)生任何損失，使它們成為無(wú)耗散、高效率電子器件的理想材料。研究人員對(duì)使用這些材料作為晶體管特別感興趣，而晶體管是所有現(xiàn)代電子產(chǎn)品的支柱。但有一個(gè)問(wèn)題：晶體管可以開(kāi)關(guān)電流，但很難關(guān)閉拓?fù)洳牧现袩o(wú)耗散的電子流。
現(xiàn)在，哈佛大學(xué)的研究人員已經(jīng)設(shè)計(jì)并模擬了第一個(gè)拓?fù)渎晫W(xué)晶體管——用聲波代替電子——并提出了一種連接結(jié)構(gòu)來(lái)形成一個(gè)通用邏輯門，可以開(kāi)關(guān)聲音流。
“自從2007年左右拓?fù)洳牧蠁?wèn)世以來(lái)，人們對(duì)開(kāi)發(fā)一種拓?fù)潆娮泳w管產(chǎn)生了很大的興趣，”哈佛大學(xué)物理系教授Jenny Hoffman說(shuō)�！半m然我們使用的材料不會(huì)產(chǎn)生電子拓?fù)渚w管，但我們的一般設(shè)計(jì)過(guò)程適用于量子材料和光子晶體，這帶來(lái)了電子和光學(xué)等效物可能很快就會(huì)出現(xiàn)的希望�！�
通過(guò)使用聲學(xué)拓?fù)浣^緣體，研究人員能夠避開(kāi)復(fù)雜的量子力學(xué)的電子拓?fù)浣^緣體。
為了打開(kāi)聲晶體管，到達(dá)“門”輸入的超聲波加熱并擴(kuò)展基板，改變大小略有不同的柱子的兩個(gè)晶格的間距，并誘導(dǎo)拓?fù)溥^(guò)渡，引導(dǎo)聲音沿界面移動(dòng)。
“聲波方程是完全可解的，這讓我們可以從數(shù)值上找到合適的材料組合，來(lái)設(shè)計(jì)一種拓?fù)渎暡ú▽?dǎo)，加熱時(shí)打開(kāi)，冷卻時(shí)關(guān)閉，”Harris Pirie說(shuō)。
研究人員將蜂窩狀的鋼柱固定在高熱膨脹板上，并密封在一個(gè)密封的盒子里。格子的一半有稍大的柱子，另一半有稍小的柱子。這些柱子大小和間距的差異決定了晶格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及聲波是否可以沿著指定的通道傳播。研究人員隨后設(shè)計(jì)了第二種設(shè)備，可以將超聲波轉(zhuǎn)化為熱量。
熱使柱狀晶格膨脹，改變了波導(dǎo)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)這兩個(gè)器件耦合在一起時(shí)，一個(gè)波導(dǎo)的輸出可以控制下一個(gè)波導(dǎo)的狀態(tài)，就像傳統(tǒng)晶體管中的電子可以切換其他晶體管一樣。
蜂窩晶格，可以使用SMA線圈快速膨脹，創(chuàng)造高熱膨脹系數(shù)
這些聲學(xué)拓?fù)溟_(kāi)關(guān)是可擴(kuò)展的，這意味著與厘米級(jí)超聲波頻率相同的設(shè)計(jì)也可以在亞毫米級(jí)和通常用于傳輸表面聲波的頻率上工作，這可能有助于克服集成聲子電路的局限性。
Pirie說(shuō)：“拓?fù)浔Ｗo(hù)的聲傳輸控制在許多重要領(lǐng)域都有應(yīng)用，包括有效的降噪、單向聲傳播、超聲波成像、回聲定位、聲隱身和聲通信�！�
“與量子力學(xué)系統(tǒng)不同，聲學(xué)超材料是直接的、有形的和直觀的。它們?yōu)槟蹜B(tài)物理的前沿課題提供了一個(gè)切入點(diǎn)，包括拓?fù)浣^緣體�！盚offman說(shuō)。
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