新突破：室温下实现拓扑声子波超低损耗传输
芯片级声波导研究领域迎来一项突破性进展，吸引了学术界的广泛关注。丹麦哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所联合瑞士苏黎世联邦理工学院、德国康斯坦茨大学的研究团队，成功开发出一种新型芯片级声波导器件，多项性能指标远超同类产品，相关研究成果已在《自然》杂志正式发表。
声子作为固体或液体中声波的量子激发态，在信息传输领域展现出独特优势。其传播速度相对较慢，在材料中更容易实现强局域化，相同频率下器件尺寸更为紧凑，且天然具备抗电磁干扰能力。这些特性使芯片级声子电路成为可能，有望在紧凑、高效且具备鲁棒性的系统中实现经典与量子信息的传导、存储和处理。然而，传统芯片级声波导一直面临能量损耗较大的难题，每厘米传输损耗约数分贝，制约了其实际应用发展。
此次研究团队展示的芯片级声波导，在损耗控制方面取得重大突破。该器件在室温环境下运行，传输损耗降至每公里3分贝，与以往芯片声波导通常10⁵分贝/公里量级的损耗相比，实现了数个数量级的提升。这一损耗水平已逼近超导微波波导性能，并逐步向光纤传输效率看齐。这意味着声波在该波导中的有效传播距离大幅延伸，为声子相关应用开辟了新的可能性。
这一突破性成果得益于研究团队融合的两种创新机制。其一是“谷-霍尔拓扑效应”，研究人员在20纳米厚氮化硅薄膜上刻蚀蜂窝状微孔阵列，通过旋转三角形孔洞方向，构建出两种相反“谷态”的声子晶格。两种晶格界面犹如量子高速公路，仅允许携带特定谷自旋的振动能量沿边界流动，从物理机制上抑制了能量散射。其二是“软夹持”技术，与传统机械固定薄膜结构不同，这种设计让振动模式平滑衰减至材料内部，使能量主要储存在“拉伸”而非“弯曲”形态，从而显著降低传输损耗。
面对这项突破，研究团队保持着更深远的研究视野。他们认为不应局限于具体应用场景，而需进一步探索该方法在量子计算领域的潜力。目前团队计划在实验中构建更复杂的波导结构，观测声子在其中穿行的动态特性，或设计使声子相互碰撞的新型构型，以深入理解其极限性能。通过系统挖掘可能产生的新应用，他们正为创造前沿知识体系持续努力。
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