中国科大实现可编程拓扑声子芯片
中国科年夜郭光灿院士团队邹长铃传授与清华年夜学交织信息研究院孙麓岩传授、宾夕法尼自由亚州立年夜学Mourad Oudich以及Yun Jing传授等开展互助研究，正在拓扑声子学与集成声子电路（Phononic Integrated Circuits, PnICs）范畴取患上重要进展。研究团队初次正在非悬空、片上年夜范围可拓展的微米标准波导中，完成了1.5 GHz频次的拓扑声子边沿态与鲁棒Thouless泵浦，并研制出具有电调功用的拓扑声子马赫-曾德尔干预干与仪声学开关以及调制器。这一重要研究结果以《Gigahertz topological phononic circuits based on micrometer-scale unsuspended waveguide arrays》为题，于8月25日正在国际出名学术期刊《天然·电子》（Nature Electronics）颁发。声子集成路线作为继电子、光子之后的新一代片上信息流传载体，正在经典以及量子信息处置惩罚中具备伟大的使用后劲，涵盖微波旌旗灯号处置惩罚、紧密传感以及量子频次转换等多个标的目的。然而，传统声子器件面对诸多技能瓶颈：事情频次低、依赖于悬空布局、缺乏有用的动
中国科年夜郭光灿院士团队邹长铃传授与清华年夜学交织信息研究院孙麓岩传授、宾夕法尼自由亚州立年夜学Mourad Oudich以及Yun Jing传授等开展互助研究，正在拓扑声子学与集成声子电路（Phononic Integrated Circuits, PnICs）范畴取患上重要进展。研究团队初次正在非悬空、片上年夜范围可拓展的微米标准波导中，完成了1.5 GHz频次的拓扑声子边沿态与鲁棒Thouless泵浦，并研制出具有电调功用的拓扑声子马赫-曾德尔干预干与仪声学开关以及调制器。这一重要研究结果以《Gigahertz topological phononic circuits based on micrometer-scale unsuspended waveguide arrays》为题，于8月25日正在国际出名学术期刊《天然·电子》（Nature Electronics）颁发。
声子集成路线作为继电子、光子之后的新一代片上信息流传载体，正在经典以及量子信息处置惩罚中具备伟大的使用后劲，涵盖微波旌旗灯号处置惩罚、紧密传感以及量子频次转换等多个标的目的。然而，传统声子器件面对诸多技能瓶颈：事情频次低、依赖于悬空布局、缺乏有用的静态调控手腕，且对创造缺陷的容错才能有余，紧张制约了其成长。
图1. GHz频段的非悬空可重构拓扑声子芯片示用意
研究团队立异性天时用蓝宝石基底以及氮化镓芯片资料的大声学折射率比照度，设计了微米标准的波导布局，胜利将声波有用限定正在芯片名义(图1b)。这项研究初次完成了事情频次达1.5 GHz的可重构、非悬空、集成式拓扑声子波导阵列（图1a）。该芯片巧妙哄骗相邻波导间倏逝场耦合，构建了等效“一维非对角Aubry-André-Harper模子”的拓扑声子晶格。经由过程自立搭建的高活络度（30fm/Hz）振动探测仪，胜利观测到了拓扑声学界限态、Thouless 泵浦效应，并验证了其对布局缺陷的鲁棒性。此外，团队基于自立开发的声学模式睁开算法，完成对厘米级长度的多波导庞大耦合布局中声波传输的高精度、高效率的数值仿真计较，计较成果与试验成果高度吻合。
图2. 基于声学马赫-曾德尔干预干与仪的可重构拓扑声子路线
基于拓扑泵浦布局，研究团队进一步设计并完成了拓扑Y分束器以及可重构拓扑声子路线（图2）。哄骗热声效应道理，仅需25V电压便可正在干预干与仪两臂间引入π相位差，完成对拓扑声子传输路径的疾速电控切换。经由过程施加高速射频旌旗灯号，器件还可以完成对声波的强度调制，3 dB调制带宽达650 Hz。为将来开发基于范围化拓扑声子路线的信息处置惩罚使用奠基了松软根蒂根基。
这项事情为解决年夜范围集成声子电路正在高频、可重构、鲁棒性等方面的焦点技能难题供给了立异解决方案，充实展示了拓扑声子学正在微波声学芯片范畴的伟大使用后劲。该技能平台具备与光子学器件以及超导量子器件集成的自然上风，为将来经典与量子信息处置惩罚供给了全新的混淆集成技能路径，无望鞭策声子芯片正在5G/6G射频前端、微波光子雷达、量子接口等战略性范畴的工业化使用。
中国迷信技能年夜学物理学院徐新标特任副研究员、美国宾夕法尼自由亚州立年夜学Mourad Oudich助理传授以及曾遇博士研究生为论文的配合第一作者。该研究获得了国度天然迷信基金委、北京国度凝聚态物理试验室、中国迷信技能年夜学“双一流”设置装备摆设经费等名目的鼎力大举撑持。
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