本報(bào)訊荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的物理學(xué)家首次將兩項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)技術(shù)結(jié)合在一起，在微芯片上創(chuàng)立了一項(xiàng)新技術(shù)。相關(guān)論文近日發(fā)表于《自然-通訊》。
這種微芯片可以高精度測(cè)量材料的距離。由于該技術(shù)使用聲音振動(dòng)而不是光，因此可以適用于不透明材料中的高精度位置測(cè)量。這可能會(huì)引領(lǐng)監(jiān)測(cè)地球氣候和人類健康的新技術(shù)。
這種微芯片主要由一塊形狀像蹦床的薄陶瓷片組成。這種“蹦床”上有孔，以增強(qiáng)與激光的相互作用，其厚度是一根頭發(fā)直徑的千分之一。
研究人員發(fā)現(xiàn)，如果用普通的激光束對(duì)準(zhǔn)這些“蹦床”，它們的表面會(huì)發(fā)生劇烈振動(dòng)。
通過(guò)測(cè)量振動(dòng)表面反射的激光，研究小組注意到一種梳狀的振動(dòng)模式，這是他們以前沒(méi)有見(jiàn)過(guò)的。科學(xué)家意識(shí)到，“蹦床”的梳狀特征可以作為精確測(cè)量距離的標(biāo)尺。
這項(xiàng)新技術(shù)可以利用聲波測(cè)量材料的位置。其特殊之處在于不需要任何精密硬件，因此易于生產(chǎn)。
“只需要插入一個(gè)激光器，而不需要其他任何東西——復(fù)雜的反饋回路或調(diào)整某些參數(shù)。這使其成為一種非常簡(jiǎn)單和低功耗的技術(shù)，更容易在微芯片上小型化。”論文通訊作者RichardNorte說(shuō)，“一旦得以實(shí)現(xiàn)，我們可以把這些微芯片傳感器放在任何地方，因?yàn)樗鼈凅w積很小。”
這項(xiàng)新技術(shù)基于兩種不相關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)技術(shù)，即光學(xué)鑷子和頻率梳。“這兩個(gè)概念通常都與光有關(guān)，但沒(méi)有任何真正的重疊。我們將它們獨(dú)特地結(jié)合在一起，創(chuàng)造了一種基于聲波的易于使用的微芯片技術(shù)。這種易用性可能會(huì)對(duì)人們?nèi)绾螠y(cè)量周圍的世界產(chǎn)生重大影響。”Norte表示。
當(dāng)研究人員將激光束對(duì)準(zhǔn)微型“蹦床”時(shí)，他們意識(shí)到激光施加在“蹦床”上的力會(huì)在“蹦床”膜上產(chǎn)生泛音振動(dòng)。
Norte解釋說(shuō)：“這些力被稱為光學(xué)鑷子，因?yàn)樗鼈兛梢岳霉鈱⒘Ｗ永г谝粋€(gè)點(diǎn)上。這項(xiàng)技術(shù)在2018年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，能使我們極其精確地操縱最小粒子。”
“而光學(xué)頻率梳于2005年獲得諾貝爾獎(jiǎng)，在世界各地的實(shí)驗(yàn)室中被用于非常精確的時(shí)間測(cè)量和距離測(cè)量。”Norte說(shuō)，“我們制作了一個(gè)聲學(xué)版本的頻率梳，由膜中的聲音振動(dòng)代替光。聲波頻率梳在通過(guò)不透明材料時(shí)比光波傳播得更好。”
作者表示，這項(xiàng)技術(shù)可以用于水下精確測(cè)量、醫(yī)學(xué)成像和量子技術(shù)等。
