科學(xué)家實(shí)現(xiàn)最強(qiáng)聲子干涉效應(yīng) 有望推動(dòng)分子級(jí)傳感、量子計(jì)算等前沿領(lǐng)域應(yīng)用

最新發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上的一項(xiàng)研究稱，美國萊斯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在碳化硅體系中實(shí)現(xiàn)了迄今最強(qiáng)的聲子干涉效應(yīng)。該效應(yīng)被稱為“Fano共振”，即兩個(gè)頻率分布不同的聲子相互干涉而產(chǎn)生的現(xiàn)象，其強(qiáng)度比此前報(bào)道的研究結(jié)果高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)。這一基于聲子的技術(shù)有望推進(jìn)分子級(jí)傳感技術(shù)的發(fā)展，還在能量采集、熱管理及量子計(jì)算等領(lǐng)域開辟新的應(yīng)用路徑。

就像池塘上的漣漪可以相互增強(qiáng)或抵消一樣，光、聲和原子振動(dòng)等多種波也會(huì)相互干涉。在量子層面，這種干涉現(xiàn)象為高精度傳感器提供動(dòng)力，并有望應(yīng)用于量子計(jì)算。

此次展示的正是一種強(qiáng)烈的聲子干涉效應(yīng)。聲子是材料結(jié)構(gòu)中振動(dòng)的量子單元，可長時(shí)間保持波動(dòng)特性，被認(rèn)為在穩(wěn)定、高性能器件中極具潛力。

新突破依托于在碳化硅基底上構(gòu)建二維金屬界面。團(tuán)隊(duì)在石墨烯與碳化硅之間嵌入幾層銀原子，形成緊密結(jié)合的界面，顯著增強(qiáng)了碳化硅中不同振動(dòng)模式的干涉效應(yīng)，使其達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的水平。

團(tuán)隊(duì)接著利用拉曼光譜法研究聲子干涉。譜圖顯示出極為不對(duì)稱的線形，在某些情況下甚至出現(xiàn)了完全的“谷底”，形成了強(qiáng)烈干涉特有的反共振模式。團(tuán)隊(duì)比較了3種不同表面的碳化硅，發(fā)現(xiàn)每一種表面都對(duì)應(yīng)著獨(dú)特的拉曼光譜線形。

這種干涉靈敏度高到可檢測單個(gè)分子，無需化學(xué)標(biāo)簽，裝置簡單且可擴(kuò)展，有望用于量子傳感和新一代分子檢測。在低溫實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)證實(shí)這一效應(yīng)完全由聲子相互作用引起，而非電子作用。這種“純聲子”量子干涉非常罕見，僅在特定二維金屬/碳化硅體系中出現(xiàn)，而在常規(guī)塊體金屬中不存在，原因在于原子級(jí)金屬層帶來的特殊躍遷路徑和表面結(jié)構(gòu)。