新型拓?fù)涑牧弦灾笖?shù)級(jí)放大聲波

科技日?qǐng)?bào)2024年3月30日?qǐng)?bào)道，荷蘭原子分子國(guó)立研究所科學(xué)家與來(lái)自德國(guó)、瑞士和奧地利的伙伴合作，創(chuàng)造了一種新型超材料，聲波能以前所未有的方式在其中流動(dòng)。它提供了一種新的機(jī)械振動(dòng)放大形式，具有改進(jìn)傳感器技術(shù)和信息處理設(shè)備的潛力。這種超材料是“玻色子基塔耶夫鏈”（Bosonic Kitaev chain）的首個(gè)例子，其特殊性質(zhì)源自其拓?fù)洳牧闲再|(zhì)。這一成果于3月27日發(fā)表在《自然》雜志上。

“基塔耶夫鏈”是一個(gè)理論模型，用于描述超導(dǎo)材料（特別是納米線）中電子的物理現(xiàn)象。該模型因預(yù)測(cè)納米線末端是否存在特殊激發(fā)而聞名，即馬約拉納零能模。2018年，有人預(yù)測(cè)，玻色子基塔耶夫鏈將展示出天然材料或超材料一些迄今未知的行為。

玻色子基塔耶夫鏈實(shí)質(zhì)上是一串耦合諧振器。它是一種超材料，即具有工程性質(zhì)的合成材料。諧振器可被認(rèn)為是材料的“原子”，它們耦合在一起的方式控制著集體超材料的行為，在這種情況下，聲波沿著鏈條傳播。

研究人員表示，耦合器的鏈節(jié)必須用特殊彈簧制成。他們借助光施加的力在納米機(jī)械諧振器之間創(chuàng)建所需的鏈接，將它們耦合起來(lái)，從而創(chuàng)造出“光學(xué)”彈簧。研究人員調(diào)節(jié)激光強(qiáng)度，可以連接5個(gè)諧振器，并實(shí)現(xiàn)玻色子基塔耶夫鏈。

研究發(fā)現(xiàn)，這種光學(xué)耦合會(huì)放大納米機(jī)械振動(dòng)，聲波（即通過陣列傳播的機(jī)械振動(dòng)）從一端到另一端呈指數(shù)放大，但在相反方向上振動(dòng)無(wú)法傳遞。如果波延遲一點(diǎn)（如1/4振蕩周期），則行為會(huì)完全相反。因此，玻色子基塔耶夫鏈就像一種獨(dú)特類型的定向放大器，在信號(hào)操縱方面極具潛力，特別是在量子技術(shù)中。

進(jìn)一步研究還證明，玻色子基塔耶夫鏈實(shí)際上是物質(zhì)的一種新拓?fù)湎?。正?018年預(yù)測(cè)那樣，研究人員展示了超材料拓?fù)湫再|(zhì)的獨(dú)特實(shí)驗(yàn)特征：如果鏈閉合，它會(huì)形成一條“項(xiàng)鏈”，放大的聲波在諧振器環(huán)中不斷循環(huán)并達(dá)到極高強(qiáng)度，類似于激光中產(chǎn)生的強(qiáng)光束。

（來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)）