科學家實現最強聲子干涉效應

科技日報記者 張佳欣

最新發表在《科學進展》上的一項研究稱，美國萊斯大學領導的團隊在碳化硅體系中實現了迄今最強的聲子干涉效應。該效應被稱為“Fano共振”，即兩個頻率分佈不同的聲子相互干涉而產生的現象，其強度比此前報道的研究結果高出兩個數量級。這一基於聲子的技術有望推進分子級傳感技術的發展，還在能量採集、熱管理及量子計算等領域開闢新的應用路徑。

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，這種干涉現象為高精度傳感器提供動力，並有望應用於量子計算。

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

新突破依託於在碳化硅基底上構建二維金屬界面。團隊在石墨烯與碳化硅之間嵌入幾層銀原子，形成緊密結合的界面，顯著增強了碳化硅中不同振動模式的干涉效應，使其達到了創紀錄的水平。

團隊接着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了完全的“谷底”，形成了強烈干涉特有的反共振模式。團隊比較了3種不同表面的碳化硅，發現每一種表面都對應着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，無需化學標籤，裝置簡單且可擴展，有望用於量子傳感和新一代分子檢測。在低温實驗中，團隊證實這一效應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，而在常規塊體金屬中不存在，原因在於原子級金屬層帶來的特殊躍遷路徑和表面結構。