“现代通信主要基于光，包括电磁波和电流。在海洋等介质中，声音可以传播，而光和电流则不能，”物理学副教授、研究合著者迈克尔·希尔克（Michael Hilke）说。“在人体中，声波也可以成为一种有用的工具。”
该装置由麦吉尔大学和加拿大国家研究委员会的研究人员设计和测试，而装置中使用的材料则是在普林斯顿大学合成的。
快速电子如何产生量子声
该团队利用一种二维晶体制造了该装置，这种晶体将电子限制在仅几个原子宽的通道内。当电流推动电子以高速穿过这一超薄路径时，电子会以类似声音振动的爆发形式释放多余能量，这种振动被称为声子。
研究人员发现，这些声子可以以可预测、可控的模式产生，这是迈向依赖在量子水平上精确操控声音的实用装置的重要一步。
冷却揭示异常量子行为
实验是在约10毫开尔文到3.9开尔文的温度范围内进行的。在这些极低的温度下，电子的行为变得更加有序，使得观察量子现象变得更容易，在量子现象中物质表现得像波而不是普通粒子。
“在绝对零度下——也就是量子物理的世界——除非电子以声速或更高的速度集体运动，否则不会产生声音，”希尔克解释道。“早期的工作在电子速度接近声障时观察到了相关效应。我们的研究更进一步，将系统推至远超该点，并表明现有理论需要重新评估，因为即使宿主晶体接近绝对零度，电子也可能非常‘热’。”
迈向更快的通信和医疗技术
研究的下一阶段将探索用其他材料（包括石墨烯）构建该装置，这可能使其以更高的速度运行。
据希尔克介绍，该技术的未来版本可能有助于实现更快的通信系统、更灵敏的探测工具、改进的生物材料研究方法以及先进的医疗技术。
“声子很难以可控的方式产生和利用，因此我们正在探索新的领域。从广义上讲，这关乎电流和能量如何在先进电子材料内部移动和转换，”他说。
研究详情
这些发现发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，论文题目为《超高迁移率二维系统中超音速电子的共振磁声子发射》，作者是迈克尔·希尔克等人。
该研究由加拿大自然科学与工程研究理事会和魁北克研究基金——自然与技术资助。