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南京大学利用声子晶体能带工程实现声表面波慢波器件

来源:     作者:信息发布人员     发布时间:2021年02月22日     浏览次数:         

  近期,南京大学固体微结构物理国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心、现代工程与应用科学学院的研究人员,在铌酸锂(LiNbO3)基底表面,利用声子晶体能带工程,设计了一种通过晶格形变,实现具有较低声表面波声速(最多降低至200米/秒以下),同时又依然保持较可观传输能量(传输线相对插入损耗小于-10dB)的声SAW传输器件。

  将声(或光)的传播速度极大降低,直至其在介质(或真空)速度的数分之一乃至数千万分之一,是科学及产业界的长久目标。极慢的声(或光)具有一些显著的应用优势。首先,声(或光)作为一种能量流,在其发射/激发功率不变时,降低其传播的速度意味着能够提高单位传输空间中的能量密度。仅这一点就存在诸多的应用场景,例如增加波与物质的相互作用、增强多种线性或非线性效应等。其次,光/声是常见的信号载体,如在通讯行业中广泛使用的电磁波及声表面波。因此,降低它们的传播的速度就意味着提高单位传输空间中的信息容量,使得信号缓冲(buffering)或是时域分析的有效性得到增强,可被利用于一些信号处理器件,例如延时器、卷积器等。

  南京大学的研究团队在声学人工微结构物理与材料领域具有长期的研究积累。在这一研究中,该团队在常见的、基于铌酸锂(LiNbO3)基底的声表面波系统中,系统地分析了由“微型谐振子阵列”构成的声表面波声子晶体在几种常见高对称性下的能带特征。

  这项工作展现了将声子晶体用于实际提升SAW器件性能的可行性,为后续实现宽频、无色散且具有更大“延时-带宽积”的SAW延时器提供了材料及设计基础。同时,其通过晶格压缩实现能带工程的设计方案也可以被推广到其它经典波体系,尤其是一些具有应用优势的二维平面体系,为基于经典波模拟信号处理、传感、探测等实际应用提供新的思路。相关研究“Slow Surface Acoustic Waves via Lattice Optimization of a Phononic Crystal on a Chip”发表于 PHYSICAL REVIEW APPLIED。

  (编译自“PHYSICAL REVIEW APPLIED,2021”)

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