新型微芯片连接了两项诺贝尔奖获奖技术

艺术家对蹦床形传感器的印象。穿过蹦床膜中间的激光束在材料内部产生泛音振动

代尔夫特理工大学的物理学家首次结合了两项诺贝尔奖获奖技术，在微芯片上建立了一项新技术。这种微芯片可以高精度地测量材料的距离，例如，水下或医学成像。

由于该技术使用声音振动而不是光，因此对于不透明材料的高精度位置测量非常有用。该仪器可能会带来监测地球气候和人类健康的新技术。

简单且低功耗的技术

微芯片主要由一块形状像蹦床的薄陶瓷片组成。这种蹦床的图案上有洞，以增强其与激光的相互作用，其厚度比头发的厚度小约1000倍。作为Richard Norte实验室Matthijs de Jong研究了小型蹦床，以找出如果它们用简单的激光束指向它们会发生什么。

蹦床的表面开始剧烈震动。通过测量振动表面反射的激光，研究小组注意到了一种梳状的振动模式，这是他们以前从未见过的。他们意识到蹦床的梳状特征可以作为精确测量距离的标尺。

这项新技术可以用来利用声波测量材料中的位置。它的特殊之处在于，它不需要任何精密硬件，因此易于生产。

Norte说：“它只需要插入一个激光器，而不需要其他任何东西。不需要复杂的反馈回路或调整某些参数来使我们的技术正常运行。这使它成为一种非常简单和低功耗的技术，更容易在微芯片上小型化。一旦发生这种情况，我们真的可以把这些微芯片传感器放在任何地方，因为它们体积很小。”

这项新技术基于两种不相关的诺贝尔奖获得技术，即光学捕获和频率梳。Norte说：“有趣的是，这两个概念通常都与光有关，但这些领域没有任何真正的重叠。我们将它们独特地结合在一起，创造了一种基于声波的易于使用的微芯片技术。这种易用性可能会对我们如何测量周围的世界产生重大影响。”

色彩

当研究人员将激光束对准微型蹦床时，他们意识到激光施加在蹦床上的力在蹦床膜上产生泛音振动。“这些力被称为光学陷阱，因为它们可以利用光将粒子困在一个点上。

“你可以将蹦床上的泛音与小提琴上的特定音符进行比较。小提琴发出的音符或频率取决于你把手指放在弦上的位置。如果你轻轻地触碰琴弦，用弓弹奏，你就能创造出泛音；一系列较高频率的音符。在我们的实验中，激光既是柔软的触感，又是弓，可以在蹦床膜上诱导泛音振动。”

连接两个突破性领域

“光学频率梳在世界各地的实验室中被用于非常精确的时间测量和测量距离，”Norte说。

“它们对一般测量非常重要。我们做了一个声波版本的频率梳，由膜中的声音振动而不是光。例如，声波频率梳可以在不透明材料中进行位置测量，振动可以比光波传播得更好。例如，这项技术可以用于水下精确测量，以监测地球的气候，用于医学成像和量子技术的应用。”