Forskere har for første gang fået lyd til at rejse lange stræk på en chip uden at miste fart eller information – og endda rundt om hjørner. Teknologien kan blive interessant som sensor eller til at forstærke signaler, så de bliver lettere at afkode, siger forskerne bag udviklingen af chippen.
Når vi taler om chips, altså dem som sidder i for eksempel computere, er en af de vigtigste egenskaber, at signaler kan bevæge sig rundt på chippen, uden at de går tabt, og uden at energien i dem bliver omdannet til varme undervejs.
Normalt måler man den slags i, hvor mange millimeter et signal kan rejse, før halvdelen af informationen i signalet er forsvundet.
Nu har forskere udviklet en ny form for chip, der er baseret på lydbølger, og hvor man ikke måler tab af signaler i millimeter, men i kilometer.
Evnen til at flytte lyd uden tab på en chip minder om, hvordan superledere flytter strøm – og det kan få lige så stor betydning.
»Vi har opfundet en måde, hvorpå man kan få signaler til at flytte sig rundt på en chip i form af lyd. Man kan i teorien lave chips, der er mange kilometer lange uden et nævneværdigt tab af information i signalet,« forklarer en af forskerne bag studiet, professor Albert Schliesser fra Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.
Lyd kan rejse som små vibrationer
Nuvel, det er ikke sådan, at man bare kan råbe til en af Albert Schliessers chips, og at signalet så vil blive transporteret mange kilometer væk.
Forskerne arbejder nemlig med en ret specialiseret bølgeleder til de såkaldte fononer.
Fononer er bittesmå vibrationer, der bevæger sig gennem faste stoffer – som lyden, du mærker, når nogen banker på et rør.
Når atomerne i stoffet vibrerer (for eksempel fordi det bliver varmet op), kan disse vibrationer sprede sig som små bølger fra atom til atom.
Man kan tænke på en fonon som en mikroskopisk bølge af lyd eller varme, der hopper fra atom til atom – lidt som dominobrikker der vælter i en kæde. Lidt ligesom en foton er en pakke af lys, er en fonon en pakke af vibrationer.
Speciel chip guider lyd uden tab
I deres forskning har forskerne lavet en ultratynd chip af siliciumnitrid, som de kan få fononerne til at sprede sig på.
Chippen er 10 millimeter bred og så tynd, at 20.000 af dem kunne stables i højden af ét enkelt millimeterpapir. Den er desuden gennemboret med små trekantede huller med afrundede hjørner, som hjælper med at styre lyden.
Denne chip kan guide spredningen af fononer rundt på overfladen fra den ene ende til den anden eller sågar rundt om et sving på 120 grader.
Når vi taler om tabet af signal i fononer, drejer det sig om et fald i lydbølgens amplitude, altså højden på lydbølgen, gennem chippen. Selv når fononerne bevæger sig rundt om de meget skarpe hjørner, går kun én fonon ud af én million tabt, og det er unikt.
»Vi har tidligere arbejdet med disse membraner og vidste, at de har egenskaber, der minimerer tab af amplituden. Med dette nye studie har vi bygget en siliciumnitrid-struktur, der kan guide lydbølger langs med en forudbestemt linje og altså også rundt om hjørner,« forklarer en anden af forskerne bag studiet, adjunkt Xian Xi.
Kan give bedre sensorer og computere
Albert Schliesser og Xian Xi slår fast, at forskningen stadig hører til i kategorien ”grundforskning”, men der kan alligevel være nogle fremtidige anvendelsespotentialer i at flytte fononer rundt på en chip uden tab af signalet.
Det kan blandt andet være inden for udvikling af super sensitive sensorer, der skal kunne opfange selv de allermindste signaler. Her er det vigtigt, at sensorerne i bearbejdningen af signalet ikke i sig selv mister noget af det undervejs.
En anden mulig anvendelse er inden for koblingen af forskellige kvantesystemer og kvantesensorer, hvor der også helst skal være et så lille tab af information som muligt.
Endelig kan de udviklede chips måske også udvikles til at blive fundamentale byggeblokke i CPUer, hvor deres præcision kan gøre CPUerne mere komplekse og dermed computere bedre.
»De kommer ikke til at udkonkurrere elektroniske CPUer i computere, men man kan gøre anderledes ting med disse chips, der kan integreres i andre platforme, hvor det er vigtigt, at signaler kan sprede sig uden tab af information, eller hvor signaler skal forstærkes for at gøre dem lettere at aflæse,« siger Albert Schliesser.
Han påpeger dog, at der skal meget mere forskning til, før alt det bliver til virkelighed.
»Lige nu vil vi gerne eksperimentere med metoden for at se, hvad vi kan gøre med den. Vi vil som eksempel gerne bygge mere komplekse strukturer og se, hvordan vi kan få fononer til at bevæge sig rundt på dem, eller bygge strukturer, hvor vi får fononer til at støde sammen som biler i et vejkryds. Det vil give os en bedre forståelse af, hvad der i sidste ende er muligt, og hvilke nye anvendelsesmuligheder der er,« siger Albert Schliesser.
