Kvantmikrofon fångar upp extremt låga ljud
Forskare på Chalmers har byggt en helt ny typ av detektor för ljudvågor på kvantmekanisk nivå. Resultatet öppnar dörren på glänt för en ny sorts kvant-kretsar, som blandar akustiska och elektriska element. Sådana kretsar kan användas för att undersöka nya fenomen inom kvantfysiken. Resultaten publicerades igår i Nature Physics.
”Kvantmikrofonen” är en detektor som baseras på en enelektrontransistor – alltså en transistor där strömmen leds med en elektron i taget. De ljudvågor som forskarna har studerat löper över ytan på ett kristallchip, och påminner till utseendet om de vågor som bildas på en slät vattenyta när man kastar i en liten sten. Våglängden på ljudet är bara tre mikrometer, men detektorn är ännu mindre, och kan snabbt mäta ljudvågorna som passerar på ytan.
På kristallen har forskarna tillverkat en tre millimeter lång ekokammare, och trots att ljudhastigheten är tio gånger högre på kristallytan än i luft kan man med detektorn se hur akustiska pulser reflekteras fram och tillbaka mellan ekokammarens väggar – och därmed belägga att det är ljudsignalen som detekteras.
Detektorn kan mäta vågor vars höjd är några få procent av radien hos en proton, nivåer så låga att ljud kan uppföra sig enligt kvantmekanikens lagar snarare än den klassiska mekanikens, ungefär på samma sätt som ljus.
– Experimentet är gjort på klassiska akustiska vågor, men det visar att vi har de förutsättningar som krävs för att börja studera riktig kvant-akustik, och det har ingen tidigare gett sig på, berättar Martin Gustafsson, doktorand och artikelns huvudförfattare.
Förutom att ljudnivån är extremt låg har vågorna för hög tonhöjd för att kunna höras: Frekvensen är nästan 1 gigahertz, alltså 21 oktaver högre än ettstrukna A. Den nya detektorn är världens hittills känsligaste för så höga ljudfrekvenser.
Författare till artikeln är Martin Gustafsson, Göran Johansson och Per Delsing från Chalmers Tekniska Högskola, och Paulo Santos från Paul Drude-institutet i Berlin, Tyskland. Martin Gustafsson kommer att försvara sin doktorsavhandling i april.
För mer information, kontakta
Martin Gustafsson, 070-745 9955, martin.gustafsson@chalmers.se
Göran Johansson, 073-060 7338, goran.l.johansson@chalmers.se
Per Delsing, 070-308 8317, per.delsing@chalmers.se
Bildtext: En "kvantmikrofon", baserad på en enelektrontransistor, detekterar ljudvågor som rör sig på ytan av ett chip, så kallade ytakustiska vågor. Vågorna får den elektriska laddningen hos atomerna under kvantmikrofonen att röra på sig. Eftersom kvantmikrofonen är extremt känslig för laddningsförändringar kan mycket svaga ljudsignaler detekteras. (Storleken på vågorna är överdrivna på bilden). Bild: Philip Krantz, Chalmers
Taggar:
