麦吉尔大学的研究人员开发了一种新的量子设备，能够在接近绝对零度的温度下生成称为声子的微小声粒子。这一进展可能为声子激光铺平道路，这项技术在通信、医学诊断和先进传感等方面具有潜在应用。麦吉尔大学物理学副教授及研究合作作者迈克尔·希尔克表示：“现代通信在很大程度上依赖于光，包括电磁波和电流。在如海洋等媒介中，声音可以传播，而光和电流则无法。” “在人类身体中，声波也可以是一个有用的工具。”该设备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，而设备中使用的材料是在普林斯顿大学合成的。 电子如何快速产生量子声 该团队利用一种将电子限制在仅几原子宽通道中的二维晶体创建了设备。当电流以高速推动电子穿过这一超薄通道时，电子释放多余的能量，产生称为声子的声振动爆发。研究人员发现，这些声子可以以可预测、可控的方式生成，这是朝着依赖于精确操控量子层面声音的实用设备迈出的重要一步。 冷却解锁异常的量子行为 实验在约10毫开尔文到3.9开尔文的温度范围内进行。在这些极低温度下，电子的行为方式更加有序，使得观察量子现象变得更加容易，在这一现象中，物质表现为波而不是普通粒子。希尔克解释道：“在绝对零度下——也就是量子物理学的世界——除非电子以声速或更快的速度集体移动，否则不会产生声音。” “早期的研究观察到相关效应，当电子速度接近声速极限时。我们的研究进一步推进了这一系统，超越了这一点，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，电子仍然可以非常热。” 朝着更快的通信和医疗技术研究的下一个阶段将研究使用其他材料（包括石墨烯）构建设备，这将使其能够以更高的速度运行。希尔克表示，未来版本的技术可能有助于更快的通信系统、更敏感的检测工具、改进的生物材料研究方法和先进的医疗技术。“声子的生成和控制非常困难，因此我们正在探索新的领域。从宏观层面来看，这与电流和能量在先进电子材料内部的移动和转换有关。” 研究细节 研究结果在《物理评论快报》上发表，论文题为“超高速电子在超高迁移率二维系统中的共振磁声子发射”，作者是迈克尔·希尔克等。该研究得到了加拿大自然科学与工程研究委员会以及魁北克省自然与技术研究基金的资助。