中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
據麥姆斯咨詢(xún)報道，日本電報電話(huà)公司（NTT）和日本東北大學(xué)通過(guò)使用一種被稱(chēng)為聲子晶體的人工復合材料（聲子晶體通常由散射體和基體組成，前者以周期分布形式嵌入到基體中，可以對振動(dòng)波的散射特性進(jìn)行有效操控），能夠操縱超聲波振動(dòng)的“流動(dòng)”，并證實(shí)了通過(guò)波形壓縮產(chǎn)生的信號放大。
眾所周知，當敲擊音叉時(shí)，它會(huì )以其結構確定的特定頻率發(fā)聲。類(lèi)似地，如果被稱(chēng)為MEMS（微機電系統）的微小結構產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，則會(huì )引起人耳聽(tīng)不到的高頻振動(dòng)，亦即超聲波。在現代移動(dòng)通信系統中，諸如“表面聲波濾波器（Surface Acoustic Wave Filter）”之類(lèi)的SAW MEMS器件，以及利用該現象的振蕩元件已廣泛應用于發(fā)送和接收的高頻信號處理。
NTT的研究團隊基于MEMS諧振器制造技術(shù)開(kāi)發(fā)出了一種名為“聲子晶體”的新型“人造聲學(xué)晶體”，并將其用作控制超聲波振動(dòng)傳播的平臺。通過(guò)使用這種聲子晶體，超聲波的擴散控制成為可能，這實(shí)現了現有MEMS技術(shù)難以完成的對超聲波振動(dòng)速度和波長(cháng)的控制。
上圖為聲子晶體波導和測量示意圖。底部插圖顯示器件橫截面的SEM圖像，該器件由選擇性蝕刻Al0.65Ga0.35As層制成的GaAs/AlGaAs異質(zhì)結構組成，比例尺為5μm。周期性結構由上插圖所示的寬度22μm波導確定，孔距8μm。右側邊緣處利用壓電效應激發(fā)納米結構機械振動(dòng)，然后在室溫和高真空（2×10-4Pa）下利用激光多普勒干涉儀在左側邊緣處進(jìn)行測量。
在這項研究中使用的聲子晶體由傳輸微小振動(dòng)的路徑（波導）組成，就好像鼓的膜沿一個(gè)方向拉伸一樣。通過(guò)向安裝在波導末端的電極施加電壓，通過(guò)壓電效應局部誘發(fā)超聲波振動(dòng)。通過(guò)測量這種振蕩的傳播，通過(guò)實(shí)驗證實(shí)了聲子晶體群速度的頻率依賴(lài)性，即所謂的色散。
利用這種群速度色散，不同頻率的波以不同的速度在聲子晶體中傳播。另外，通過(guò)從波導末端施加頻率調制來(lái)輸入振動(dòng)，據稱(chēng)首次成功地實(shí)現了波形的擴展和壓縮。通過(guò)使用該技術(shù)，可以精確地控制振動(dòng)波形的壓縮比例以及壓縮的位置和時(shí)間。此外，通過(guò)使用MEMS技術(shù)，還可以顯著(zhù)減小信號處理裝置的尺寸并提高集成度。
對芯片上超聲波振動(dòng)的控制改進(jìn)，對于現代通訊和傳感技術(shù)來(lái)說(shuō)非常重要。相比廣泛使用的微機械諧振器，波導結構具有多種優(yōu)勢，例如寬頻率范圍、高運行速度以及更低的能耗等。對芯片上聚焦彈性波時(shí)間和位置的調整能力，將推動(dòng)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)，不僅可以操縱納米材料，而且還可以通過(guò)局部受限應變有選擇地驅動(dòng)量子器件。此外，這種時(shí)域聚焦技術(shù)可應用于2D聲子晶體和超材料，基于2D帶結構的各向異性特性對彈性波傳播進(jìn)行定向控制，以創(chuàng )造新的方法來(lái)操縱芯片上的彈性波。
