物理学家建造微观“蹦床”以改善微芯片中的声波控制

世界上最狂野的蹦床可以侧向摆动并“绕过角落”。然而，没有人能跳上它，因为它甚至没有一毫米高。康斯坦茨大学、哥本哈根大学和苏黎世联邦理工学院的物理学家设计并建造了它。为什么？目的是展示改进的声子传输方法，例如，用于微芯片，其中声子被引导通过紧密弯曲。这项研究发表在《自然》杂志上。

想象一下，一个0.2毫米宽的蹦床，表面只有百万分之二十毫米厚，到处都是洞。整个表面包含规则重复出现的圆角三角形孔图案。然而，这种蹦床几乎势不可挡，几乎没有失去任何动力。一旦启动，它几乎会永远摆动。

蹦床不仅限于上下摆动。在其穿孔表面的不同区域，蹦床同时向不同方向摆动，甚至侧向摆动。在中心，甚至有一种“蹦床中的蹦床”。最疯狂的是，这里是振荡以完美的三角形模式“绕过拐角”移动的地方。

那么，如果没有人能跳上蹦床，为什么还要设计这个蹦床呢？当然，这种建筑不是为人们使用而设计的。蹦床背后的大脑——来自康斯坦茨大学、哥本哈根大学和苏黎世联邦理工学院的物理学家——希望用它来演示声子输运的新方法。

蹦床实际上是声子的波导：一种由氮化硅制成的振动超薄膜。可以说，声子是“声音量子”，即固体晶格振动所基于的基本激发。

利用蹦床，物理学家们希望证明如何通过独特的表面结构（基于数学拓扑原理）在几乎不损失动量的情况下“绕过角落”引导声子。这很重要，例如，在微芯片电路中，信号将围绕边缘和曲线引导。

结果令人印象深刻：使用蹦床，声子甚至可以在几乎没有动量损失的情况下被引导到120度的狭窄曲线周围。“反弹”而不是绕过曲线的声子数量不到万分之一。康斯坦茨物理学家Oded Zilberberg说：“这种超低损耗与当代电信设备相当。”。

Zilberberg有兴趣研究表面结构中的这些拓扑效应，以及它们如何在应用中使用。他认为，通过这种方法，有可能为唱片公司建造整条道路。Zilberberg创造了蹦床的具体设计。他来自哥本哈根大学和苏黎世联邦理工学院的同事们随后将这一想法付诸实践。

但是，有可能为人们建造蹦床吗？“我真的想过这个，”Zilberberg笑着说。“这肯定是一个有趣的实验。我认为这个原理也适用于更大尺度的物体。”然而，没有人应该在不戴头盔的情况下尝试“人体大小”的蹦床。