

加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员成功地将声波转换为光辐射,这是一种逆转了将电能转换为声能(常用于手机)的过程。这是声波首次被转换为光。本周发表在《自然物理学》杂志上的研究结果,可能会改进计算机芯片、LED 和晶体管的制造方式,并且在超快材料科学和太赫兹辐射(T-ray)产生方面也有应用。
研究团队在一年前使用计算机建模首次预测到这种转换是可能的,并且一直在实验室中努力证实它。
他们使用了一种压电材料,其固有特性使其能够将电能转换为声能,或将运动转换为电能,并且这种材料被用于扬声器和潜艇上的声纳换能器。在这项研究中,研究人员将一种频率比人类听觉能力高约一亿倍的超高频声波通过压电材料,后者将其转换为电信号。这些电信号在太赫兹频率范围内发出辐射,即光波。
根据该研究的作者之一 Evan Reed 的说法,将声音本身转换为光是新颖的,因为声波和光波只有在一个非常狭窄的频率范围(约 100 GHz 至 10 THz)内才会重叠。
根据 Reed 的说法,这些发现为创建或研究多种技术提供了一种新的可能方法。一种应用可能有助于制造更好的电子产品。像 Nitronex 公司(该公司捐赠了研究中使用的压电材料)这样的电子产品制造商,生产由氮化镓 (GaN) 和氮化铝 (AlN) 生长的器件,这些器件生长在基板上,并由多层非常薄的薄膜组成。
这个制造过程中的一个复杂问题是确定薄膜的确切组成——由于其非常微小,甚至很难测量薄膜每一层的厚度。但精确的厚度很重要,因为一些电子设备需要薄膜的每个组件都具有特定的厚度。在新研究中,科学家们将声波通过由 GaN 和 AlN 层组成的薄膜,并通过测量声波转换为辐射所需的时间,能够测量出层的厚度。
该过程产生的 T 射线也可能有助于超快材料科学领域的研究人员,该领域的目标是,除其他外,理解在超快(亚纳秒尺度)过程(如金属被激光击中后熔化)后的极短时间内材料会发生什么。最后,虽然这不是该研究的主要目标,但这些发现可能会提供一种新的产生 T 射线的方法,而 T 射线目前相对难以产生。 T 射线可以探测多种武器和爆炸物,并且可能在医学领域有应用,例如,在皮肤癌检测设备中。