科技日報記者 張佳欣

最新發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上的一項研究稱，美國萊斯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊在碳化硅體系中實現(xiàn)了迄今最強的聲子干涉效應(yīng)。該效應(yīng)被稱為“Fano共振”，即兩個頻率分布不同的聲子相互干涉而產(chǎn)生的現(xiàn)象，其強度比此前報道的研究結(jié)果高出兩個數(shù)量級。這一基于聲子的技術(shù)有望推進(jìn)分子級傳感技術(shù)的發(fā)展，還在能量采集、熱管理及量子計算等領(lǐng)域開辟新的應(yīng)用路徑。

就像池塘上的漣漪可以相互增強或抵消一樣，光、聲和原子振動等多種波也會相互干涉。在量子層面，這種干涉現(xiàn)象為高精度傳感器提供動力，并有望應(yīng)用于量子計算。

此次展示的正是一種強烈的聲子干涉效應(yīng)。聲子是材料結(jié)構(gòu)中振動的量子單元，可長時間保持波動特性，被認(rèn)為在穩(wěn)定、高性能器件中極具潛力。

新突破依托于在碳化硅基底上構(gòu)建二維金屬界面。團(tuán)隊在石墨烯與碳化硅之間嵌入幾層銀原子，形成緊密結(jié)合的界面，顯著增強了碳化硅中不同振動模式的干涉效應(yīng)，使其達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的水平。

團(tuán)隊接著利用拉曼光譜法研究聲子干涉。譜圖顯示出極為不對稱的線形，在某些情況下甚至出現(xiàn)了完全的“谷底”，形成了強烈干涉特有的反共振模式。團(tuán)隊比較了3種不同表面的碳化硅，發(fā)現(xiàn)每一種表面都對應(yīng)著獨特的拉曼光譜線形。

這種干涉靈敏度高到可檢測單個分子，無需化學(xué)標(biāo)簽，裝置簡單且可擴(kuò)展，有望用于量子傳感和新一代分子檢測。在低溫實驗中，團(tuán)隊證實這一效應(yīng)完全由聲子相互作用引起，而非電子作用。這種“純聲子”量子干涉非常罕見，僅在特定二維金屬/碳化硅體系中出現(xiàn)，而在常規(guī)塊體金屬中不存在，原因在于原子級金屬層帶來的特殊躍遷路徑和表面結(jié)構(gòu)。