A polymer based phononic crystal
介绍了一种利用超声波构造聚合物声子晶体的通用系统。为了制造这种材料，采用装配有2 MHz声换能器和声反射器的定制腔体装置，用于在装置腔室中产生驻波。聚合物晶体在聚合过程中产生驻波时形成。所得到的晶体以可调谐腔装置的形状再现，并添加独特的周期性特征。它们的分离与制造过程中施加的声波频率有关，并且发现它们的组成由两种材料相组成。为了评估聚合物晶体的声学性质，测量其相对于不同浓度的单体溶液的平均声速。结果表明，声子晶体的特征之一，慢波效应，是由聚合物表现。此外，从光学显微镜获得的图像分析晶胞的厚度。通过知道厚度，当单体/交联剂浓度为1.5M时，平均声速计算为1538 m/s。该数值计算与该单体/交联剂浓度1536 m/s的预测值非常一致。这项工作提供了一种方法，用于访问一种新型的适应性声子晶体的基础上灵活的聚合物。
2018-01-31 physics.app-ph
Membrane phononic integrated circuits
本文提出一种基于高拉伸应力膜构建声子集成电路的系统建模与设计方法，通过耦合模理论及多种数值验证，实现功率分配器、模式转换器等关键元件，为传感、信号处理及抗辐射计算奠定基础。
2025-09-25 physics.app-ph
Topological rainbow trapping and broadband piezoelectric energy harvesting of acoustic waves in gradient phononic crystals with coupled interfaces
本文通过在梯度声子晶体中构建耦合拓扑界面实现声波彩虹俘获，实验证明该结构可在宽频带内显著提高压电能量收集效率，最大放大倍数达91，并具有抗结构无序的鲁棒性。
2025-02-08 physics.app-ph
Slow propagation of 2 GHz acoustical waves in a suspended GaAs on insulator phononic waveguide
由于光电振荡器在频率稳定性和相位噪声方面的优异性能，在过去的几年中，光电振荡器已经占据了微波振荡器的主导地位。然而，这种装置的小型化是最新的挑战。最近，基于声子-光子相互作用的器件由于其极其紧凑和直接在GHz的工作频率而引起了人们的极大兴趣。在该框架中，获得长期频率稳定性性能的仍然缺少的元素是反馈环路内的片上延迟。在这里，我们实验表明，2 GHz的声波上的砷化镓膜异质集成在硅晶片上的过滤和缓慢传播。通过工程的声波波导的色散，我们证明了低于1000米/秒的模式能够传播的群速度。因此，一个集成的延迟实现是在达到光声器件，如光机械振荡器或无线应用的潜在改进。
2020-07-10 physics.app-ph
Large-scale programmable phononic integrated circuits
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Tsinghua University（清华大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
本研究针对声子在固体信息处理中未被充分利用的问题，开发了吉赫兹声子构建模块库，并构建了大规模可编程声子集成电路，实现了超紧凑声功率分配器等器件，确立了声子集成作为信息处理第三大支柱的地位。
2025-10-30 physics.app-ph
Surface acoustic wave modes in two-dimensional shallow void inclusion phononic crystals on GaAs
本文用有限元法计算了二维声子晶体中的声表面波，声子晶体由一个正方形排列的浅的、2 ~ 3微米深的圆柱形空隙夹杂组成。在（001）GaAs半空间上，[110]方向的瑞利波模式、与层状衬底相关的Sezawa和Lamb模式、高频纵向表面波和体波表现出混杂和模式相互作用。纵向，垂直和水平剪切体波色散被观察到的表面声波在一个浅的声子晶体上的重要阈值。这导致衰减和表面有界性特性的急剧变化，使得超声模式在其他大部分体波辐射色散分支连续模式中具有减小的衰减。
2018-08-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Gradient index phononic crystals and metamaterials
声子晶体和声学超材料是周期性结构，其有效特性可以随意定制以实现对波传播的极端控制。它们的折射率是从无限周期系统的均匀化中获得的，但是可以局部地改变有限晶体的性质，从而导致折射率的有效梯度（GRIN）。在这种情况下，波的传播可以准确地描述射线理论，并可以设计不同的折射装置在非均匀介质中的波传播的框架。在本文中，我们回顾了不同的设备，已经研究了控制体声波或导声波的基础上梯度声子晶体。
2018-12-23 physics.app-ph
Phononic Combs in Lithium Niobate Acoustic Resonators
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
本研究利用铌酸锂声学谐振器中的热非线性，通过257 MHz输入功率生成微波频率梳，展示了紧凑高效微波频率梳的潜力。
2026-02-20 physics.app-ph
Cryogenic enhancement of phononic four-wave mixing in AlScN/SiC
Center for Integrated Nanotechnologies, Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室集成纳米技术中心）；Microsystems Engineering, Science, and Applications, Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室微系统工程、科学与应用）；Department of Electrical and Systems Engineering, University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学电气与系统工程系）；Electrical, Computer and Energy Engineering, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校电气、计算机与能源工程学院）
极低温下AlScN/SiC异质结中声子四波混频增强，揭示温度、模式约束和应变局部化对非线性声子互作用的影响。
2026-01-22 physics.app-ph
Nonlinear effects in locally-resonant nanostrip phononic metasurface at GHz frequencies
在本文中，我们报告的观察非线性效应的纳米带声子元表面（NPM），使谐振频率在1.42 GHz的调谐。在钛酸锂衬底上制作了由周期性纳米条阵列构成的NPM谐振器。每个纳米带的宽度为250 nm，并且由堆叠在50 nm Al金属电极上的680 nm厚的SiO2层制成。有限元分析表明，该装置在垂直极化（压缩）模式下工作，大量的声能被限制在纳米带中，导致在低声速下的局部共振。由于非线性效应，当激励功率从10 dBm增加到30 dBm时，器件的谐振频率随激励功率的增加呈二次曲线下降。的非线性的潜在机制被发现是相邻的纳米带的功率相关的耦合。这种耦合引起衬底表面区域的软化，这降低了声速，从而降低了体辐射。结果表明，NPM谐振器的品质因数随激励功率的增加而提高。NPM谐振器中的纳米带的功率依赖性耦合展示了用于实现声子超表面中的非线性的可靠方法，这将显着丰富用于在高频下操纵表面声波的机制。
2020-12-30 physics.app-ph
Optimizing Phononic Crystal Waveguides for Acoustically Induced Spin Transport
本文提出一种新型声子晶体波导设计，利用二重椭圆圆柱包含物构建慢速区域以限制体声学模式耦合与辐射损耗，为实现复杂自旋输运几何结构的声学电路奠定基础。
2024-11-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Low-phase-noise surface-acoustic-wave oscillator using an edge mode of a phononic band gap
本文提出一种利用声子晶体带隙边缘模式的1 GHz SAW振荡器，在0.05 mm²谐振器面积下实现低相位噪声与高稳定度，可用于低噪声传感器和声光集成电路。
2025-02-20 physics.app-ph
Inherent Negative Refraction on Acoustic Branch of Two Dimensional Phononic Crystals
在理论预测的指导下，我们通过实验证明了由各向同性刚性（铝）基体和正方形各向同性柔性（PMMA）圆形夹杂物组成的简单二维声子晶体的最低两个（声学）通带（剪切和纵向模式）上存在负折射。在折射率为负的频率和波矢下，晶体的有效质量密度和有效刚度张量可以是正定的，这是具有周期性分布的各向同性柔性夹杂的各向同性刚性基体的声子晶体的固有性质。作为相位矢量分量的函数的等频率轮廓和能量ux矢量揭示了折射性质的丰富的主体，其可以被利用来实现例如在晶体的最低通带上的分束、聚焦和频率滤波，其中耗散最小。通过适当选择材料和几何参数，这些现象可以在非常低的频率（大波长），使用相当小的简单的两相单位单元实现。保留字：双周期声子晶体，声支负折射，分束，聚焦，成像，大波长频率滤波
2017-09-12 physics.app-ph physics.class-ph
Injection locking of GHz-frequency surface acoustic wave phononic crystal oscillator
针对基于SAW振荡器长期频率稳定性差的问题，实现1-GHz SAW声子晶体振荡器的注入锁定，显著降低相位噪声与频率偏差，可应用于高性能便携式电信和传感系统。
2025-10-02 physics.app-ph
Integrated Phononic Waveguides in Diamond
本文提出金刚石集成声子波导平台，利用AlN/金刚石叉指换能器在4–5 GHz产生并导引表面声波，为基于应变敏感色心的量子声子电路奠定基础。
2023-09-15 physics.app-ph
Acoustic radiation-free surface phononic crystal resonator for in-liquid low-noise gravimetric detection
声波谐振器是一种很有前途的重力生物传感器。然而，它们通常遭受液体中的强声辐射，这限制了它们的品质因数并增加了它们的频率噪声。针对上述问题，本文提出了一种基于局部共振表面声子晶体（SPC）的无声辐射重量传感器。SPC中产生的声波比水中的声波慢，因此防止了流体中的声传播并导致电极表面附近的能量限制。这种能量限制导致显著的品质因数改善，从而降低了频率噪声。所提出的SPC谐振器的数值研究有限元分析和实验实现的电镀为基础的制造工艺。实验结果表明，SPC谐振器表现出在液体中的品质因数15倍以上的传统的瑞利波谐振器具有类似的工作频率。所提出的使用SPC的辐射抑制方法也可以应用于其他类型的声波谐振器。因此，它可以作为一种通用的技术，用于提高液体中的品质因数和许多声学生物传感器的传感性能。
2021-02-07 physics.app-ph physics.ins-det
Nonlinear coupling of phononic resonators induced by surface acoustic waves
对混合物理平台的需求不断增长，引发了人们对开发具有复杂功能的敏捷射频声子电路的新兴趣。行波与共振机械元件的组合似乎是一种利用弹性振动的吸引人的手段。在这项工作中，我们表明，这种组合可以进一步丰富的弹性非线性引起的表面声波（SAW）与一对其他线性微米级机械谐振器相互作用的发生。减小谐振器间隙距离和增加SAW振幅导致谐振器对响应的频率软化，其位于几何Duffing非线性的通常图像之外。SAW激励方案的动力学允许进一步控制谐振器运动，特别是导致圆偏振状态。这些结果为适应经典和量子技术的多功能高频声子MEMS/NEMS电路铺平了道路。
2021-07-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Temporal dynamics of GHz acoustic waves in chipscale phononic integrated circuits
本文利用矢量网络分析仪可视化芯片级声子集成电路中GHz声波的时域动力学，通过声学微环谐振器和波导谐振器实例，展示了基于时域反射的方法在映射界面反射和损耗方面的关键作用。
2025-04-09 physics.app-ph physics.optics
Landau Levels and van der Waals Interfaces of Acoustics in Moiré Phononic Lattices
由平行但交错的周期性晶格组成的莫尔晶格由于其显著的物理性质而被广泛探索，例如van Hove奇点[1，2]，可重复的不可重复的跃迁[3]，非阿贝尔规范势[4]，分数量子霍尔效应[5-7]，范德华界面[8，9]和非常规超导性[10，11]。然而，有有限的示范，这些概念的经典波系统。在这里，我们实现了规范场在一维莫尔声子晶格由两个叠加的周期图案，相互不匹配沿一个方向。利用规范场，我们在狄拉克锥附近产生了朗道能级平坦带，并实验测量了它们在压力场分布中的空间局域化。然后，通过在两个方向上的失配，我们构造了具有范德华界面的二维莫尔声子晶格。我们发现，声波有效地沿着范德瓦尔斯界面传输表现为金属网络。由于失配晶格具有良好的可控性，我们的研究为传统周期性声学系统中无法实现的声波操控提供了一条新的途径，并且可以很容易地扩展到力学、光学、电磁学和电子学等领域。
2021-03-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Gallium nitride phononic integrated circuits for future RF front-ends
实现无源声波器件（特别是RF滤波器）与RF放大器和开关等有源器件的单片集成，是满足移动设备具有挑战性的通信要求的最佳解决方案，特别是在我们迈向6G时代的时候。这要求RF无源器件的尺寸显著减小（$\approx$ 100倍），从当前器件中的毫米$^2$基底面减小到未来系统中的数十个$μm^2$。应用集成光子学的思想，我们证明了高频（>3 GHz）的声音可以有效地引导在$μ$ m级氮化镓（GAN）波导中，通过利用碳化硅（SiC）平台上的GAN中的强速度对比度。鉴于GAN器件在RF放大器中的既定用途，我们的工作开辟了在GaN on SiC中构建单片集成RF前端的可能性。
2021-12-16 physics.app-ph
Mode-sensitive magnetoelastic coupling in phononic-crystal magnomechanics
数值研究了声子晶体腔中声驱动的自旋波共振。所设计的腔体能够在波长尺度的点缺陷结构中限制千兆赫振动，并维持各种谐振模式。在模式中的不均匀应变分布修改磁致伸缩耦合和自旋波激发敏感的外部场取向。特别地，在具有近对称图案的腔中的类抛物面模式示出了亚波长尺度模式体积，并且可以提供与场角变化无关的通用声学激励方案。因此，声子晶体平台提供了一种替代的方法来声学控制自旋波动力学与超小和非均匀模式结构，这将是一个关键技术，集成和操作大规模的磁力电路。
2021-06-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
High-frequency traveling-wave phononic cavity with sub-micron wavelength
薄膜氮化镓（GAN）作为一种成熟的压电材料是声子集成电路的一个很有前途的平台，它在可扩展的信息处理处理器中具有巨大的潜力。在这里，一个非悬挂的行波声子谐振器的基础上，高声学指数对比机制，实现了在蓝宝石GaN的频率高达5 GHz，这匹配典型的超导量子比特频率。发现当温度从室温（$Q=5000$）降低到$7\,\mathrm{K}$（$Q=30000$）时，品质因数增加六倍，从而获得频率-品质因数乘积$1.5\times10^{14}$。当进一步优化制造工艺时，可获得更高的品质因数。我们的系统显示了巨大的潜力，混合量子器件通过电路量子声动力学。
2022-02-15 physics.app-ph
Long-Lived Coherent Acoustic Phonons in Epitaxially Grown III-V Adiabatic Cavities
本文利用GaAs/AlAs准周期超晶格构建绝热声子势腔，实验观测到96–101 GHz的长寿命受限相干声学声子，并证明其可延缓光激发载流子能量损失。
2024-02-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Guiding Robust Valley-dependent Edge States by Surface Acoustic Waves
近年来，谷赝自旋的概念，标记了动量空间中能量极值的量子态，由于其作为一种新型信息载体的潜力，引起了人们极大的关注。在这里，我们提出了表面声波（SAW）波导，它利用和运输谷赝自旋在二维SAW声子晶体（PnCs）。除了直接可视化的谷依赖的状态从相应的手征源激发，SAW谷依赖的边缘状态传输的背散射抑制观察到在急剧弯曲的接口。通过能带结构工程，弹性波能量在SAW波导中的传输具有显著的鲁棒性，这对于新一代具有广泛用途的集成固态声子电路是非常有希望的。
2018-10-08 physics.app-ph
Low-loss phononic integrated circuits based on a silicon nitride-lithium niobate platform
Bradley Department of Electric and Computer Engineering, Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学电气与计算机工程布拉德利系）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Virginia（弗吉尼亚大学电气与计算机工程系）；Department of Physics and Center for Quantum Information Science and Engineering (VTQ), Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学物理系及量子信息科学与工程中心）
本文提出基于硅氮化物-锂铌酸锂平台的低损耗声子集成电路，开发了低损耗波导、方向耦合器和高Q环形谐振器，并展示了一个1GHz声子振荡器，具有低相位噪声。
2026-09-22 eess.SP physics.app-ph
Piezoelectric-Metal Phononic Crystal Enabling GHz Tunable Ultrahigh $Q$ Quasi-BIC mode
本研究在LiNbO3薄膜上构建压电-金属声子晶体，实现GHz频段可调超高Q准BIC模式，室温Q值达6×10^4，并通过低电压电热调制实现高对比度幅度调制，为可扩展片上声子电路奠定基础。
2025-06-24 physics.app-ph
Low-loss GHz frequency phononic integrated circuits in Gallium Nitride for compact radio-frequency acoustic wave devices
该研究验证了碳化硅上氮化镓的低损耗声学特性，制备出高fQ乘积的微环谐振器与长延迟螺旋延迟线，为芯片级射频信号处理的声电相互作用研究开辟了新方向。
2023-05-26 physics.app-ph physics.optics
Analysis of membrane phononic crystals with wide bandgaps and low-mass defects
我们提出的技术建模和设计膜声子晶体与低质量的缺陷，优化力传感。此外，我们确定的声子晶体质量对比度的重要性，因为它涉及到的声学带隙的大小和缺陷模式的耗散特性。特别是，我们量化的高质量对比度声子晶体与其相关的强大的声学隔离之间的权衡，并减少软箝位的缺陷模式。我们制作了一组声子晶体与各种缺陷的几何形状的高应力化学计量氮化硅膜，并在室温和4 K下测量，以表征各种几何形状的耗散路径。这些设备的分析突出了一些设计原则，集成到光机系统的低质量，低功耗的机械模式的实施。
2019-06-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Experimental realization of phonon demultiplexing in three-dimensions
声子超材料使许多声学元件的实现类似于他们的电子同行，如晶体管，逻辑门和计算器。其中一个关键组件是解复用器，这是一种接收多个信号并根据其频率将其分类到单独信道的设备。声学和弹性多路复用器的先前实验实现采用具有柱或孔的板来解复用频率。然而，现有的实现仅限于二维，这可能限制潜在的声学或弹性电路设计。在这里，我们展示了第一个实验实现的三维，四通道声子解复用器。我们的设计方法是基于一个大的带隙内的通带束，可以很容易地调整多通道频率解复用。所提出的设计可用于声学和弹性信息处理、无损评估和通信应用等。
2020-09-25 physics.app-ph
Polarization mode hybridization and conversion in phononic wire waveguides
亚波长横截面的声子线波导支持两种正交偏振模式：平面外运动主导的类瑞利模式和平面内运动主导的类洛夫模式，类似于光子波导中的横电模式和横磁模式。由于衬底材料的各向异性弹性，沿某些晶体学取向传播的声子的偏振态可以强烈杂化。在这里，我们实验研究的取向依赖模式杂交的声子线波导图案从GaN的蓝宝石薄膜。这种模式杂交允许使用为类瑞利模式设计的公共叉指电极来有效地致动压电非活性类洛夫模式，并且还使得能够在引导的横向模式之间进行片上偏振转换。这两个都是重要的芯片上实现复杂的声子电路。
2019-10-10 physics.app-ph
Superfluid Optomechanics with Phononic Nanostructures
在量子光学力学中，寻找材料和策略来限制损耗对该领域的进展至关重要。最近，超流4He被认为是一种很有前途的量子光学力学元件。这种量子流体显示出对于量子光机械系统非常期望的特性（例如极低的声学损耗）。在当前的实施方式中，超流体光学机械系统遭受外部损失源，这破坏了谐振器的品质因数。在这项工作中，我们提出了一个新的实现，利用纳米流体限制。我们的方法，基于声子纳米结构内形成的声学谐振器，旨在限制辐射损失，以保持超流4He的固有特性。在这项工作中，我们估计的光机系统参数。利用最近的理论，我们推导出预期的品质因数的声学谐振器在不同的热力学条件。我们用数值模拟计算了声子纳米结构引起的损耗源。我们的研究结果表明，所提出的方法在广泛的参数范围内的可行性，这为更复杂的几何形状开辟了新的前景。
2020-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Reflector-Free, Highly Confined Love-Like SAWs Enabled by a Phononic Metasurface for Real-Time Monitoring of Cell Dynamics
Université de Lorraine（洛林大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Centre national d’études spatiales (CNES)（法国国家空间研究中心）；Institut Universitaire de France (IUF)（法兰西学院）；Institut Interdisciplinaire d′Innovation Technologique (3IT), Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学跨学科技术创新研究所）；Laboratoire Nanotechnologies Nanosystèmes (LN2)-IRL3463, CNRS, Université de Sherbrooke, INSA Lyon, École Centrale de Lyon, Université Grenoble Alpes（纳米技术与纳米系统实验室）
本文提出一种基于声子超材料的SAW共振器，通过设计亚波长结构实现无反射器的高约束性Love-like SAWs，提升在水环境中传感性能，实现实时监测细胞动态。
2026-07-24 physics.app-ph
Gigahertz phononic integrated circuits on thin-film lithium niobate on sapphire
声学器件在经典信息处理中起着重要作用。机械波的较慢的速度和较低的损耗使得能够实现用于延迟、滤波和存储无线电和微波频率的电信号的紧凑且有效的元件。发现更好地控制声子在芯片上传播的方法是实现更大规模声子电路和系统的重要一步。我们提出了一个平台，在集成光子学的几十年的进步的启发，利用强大的压电效应在蓝宝石上的锂钛酸锂薄膜激发导声波免疫泄漏到散装由于声子模拟指数引导。我们展示了一个有效的传感器匹配到50欧姆和1微米宽的机械波导内的指导作为这个平台的关键构建块。把这些组件放在一起，我们实现了声学延迟线，赛道谐振器，和曲折线波导传感应用。为了评估这个平台对新兴量子技术的承诺，我们描述了低温下的损耗，并在4开尔文下测量了大约50，000的品质因数。最后，我们展示了声子四波混频在这些电路和测量的非线性系数提供相关参数过程所需的功率估计。
2020-07-09 physics.app-ph physics.optics quant-ph
On the Generation of Phononic Frequency Combs Using Defect Modes of Phononic Crystals
BITS Pilani, Dubai Campus（印度理工学院比拉尼分校迪拜校区）
本文提出利用声子晶体缺陷模式生成声子频率梳的方法，通过数值模拟展示了其在高分辨率传感和量子-声学技术中的应用潜力。
2025-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Monolithic Topologically Protected Phononic Circuit
精确控制弹性波的模式和相干性在加强当今弹性能量收集/存储、无损检测、波-物相互作用、高灵敏度传感和信息处理等方面有着重要的用途，所有这些实现都期望具有更低的传输损耗和更高的传输路径自由度的弹性传输。特别是量子自旋霍尔效应（QSHE），其提供了由体的基础非平凡拓扑不变量保护的独特的无序免疫表面状态的被动解决方案，从而解决了实验上可实现的拓扑有序状态中的严重性能折衷。在这里，我们证明实验的第一个弹性模拟的QSHE，一个简洁的声子晶体板，只有穿孔。强弹性自旋-轨道耦合实现伴随着第一拓扑保护的声子电路，具有鲁棒性和可忽略的传播损耗，克服了许多电路和系统级的性能限制引起的散射。这种在单片衬底中的优雅方法开辟了在静态和时间依赖机制中实现声子拓扑材料的可能性，可以立即应用于具有拓扑保护和大规模集成的各种芯片级器件，例如片上弹性波导，弹性分离器，具有高品质因数的弹性谐振器，甚至（伪）自旋滤波器。
2017-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.app-ph
A Phononic Crystal Waveguide Using Surface Waves Below the Sound Cone
针对标准圆柱形声子晶体夹杂会引发瑞利表面波与体模式耦合损耗的问题，研究提出低2重对称夹杂将类瑞利波声速降至声锥以下实现强表面限制，并据此设计出可同时在表面和波导内强约束波能量的声波波导。
2024-11-02 cond-mat.other physics.app-ph
Hybrid quantum surface acoustic wave with skyrmion qubit for quantum information processing
School of Integrated Circuits, Tsinghua University（清华大学集成电路学院）；Frontier Science Center for Quantum Information（量子信息前沿科学中心）；Key Laboratory of Low-Dimensional Quantum Structures and Quantum Control of Ministry of Education, Department of Physics and Synergetic Innovation Center of Quantum Effects and Applications, Hunan Normal University（湖南师范大学物理系低维量子结构与量子控制教育部重点实验室及量子效应与应用协同创新中心）
本文提出了一种混合量子系统，利用Skyrmion量子比特与SAW谐振腔实现量子信息处理，通过强耦合机制提升量子通信与计算的性能。
2025-03-10 physics.app-ph quant-ph
Electrical Control of Surface Acoustic Waves
微波频率下的声波已广泛用于无线通信中，并且最近在量子应用中作为多功能信息载体出现。然而，大多数声学器件是无源元件，并且以低损耗和可扩展的方式对声波进行动态控制仍然是一个突出的挑战，这阻碍了声子集成电路的发展。在这里，我们展示了在室温和毫开尔文温度下，在集成的锂酸盐平台上的行进声波的电气控制。我们调制的相位和振幅的声波，并演示了一个声波移频器的锯齿波相位调制。此外，我们通过调整声学和准行波电场之间的相位匹配，展示了可重构的非互易调制。我们的可扩展电声平台包括任意声学信号处理和声子量子信息操纵的基本元素。
2022-03-07 physics.app-ph quant-ph
Scalable photonic-phonoinc integrated circuitry for reconfigurable signal processing
本文利用蓝宝石上的氮化镓实现了无需悬浮结构的可扩展光子-声子集成电路，能够同时实现光声场的高效发射、灵活路由与可重构处理，并展示了声学介导的频分复用射频与光信号的可重构转换。
2025-03-02 physics.app-ph physics.optics
Symmetry-driven Phononic Metamaterials
Photonics Initiative, Advanced Science Research Center, City University of New York（纽约市立大学高级科学研究中心光子学倡议）；Gulliver, CNRS, ESPCI Paris, Université PSL（巴黎高等物理化工国立学院CNRS Gulliver实验室）；Laboratory of Wave Engineering, EPFL（洛桑联邦理工学院波工程实验室）；Faculty of Mechanical Engineering, Technion–Israel Institute of Technology（以色列理工学院机械工程学院）；University of Chicago, James Franck Institute（芝加哥大学詹姆斯·弗兰克研究所）；University of Chicago, Kadanoff Center for Theoretical Physics（芝加哥大学卡达诺夫理论物理中心）；Walker Department of Mechanical Engineering, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校沃克机械工程系）；Physics Program, Graduate Center, City University of New York（纽约市立大学研究生院物理学项目）
本文综述了基于对称性原理设计和合成人工声子介质的最新进展，探讨了空间对称性破缺与时间对称性的相互作用，以及多对称类结合诱导的 exotic 声子波传输。
2026-04-15 physics.app-ph
Spin-1 Weyl Point and Surface Arc State in a Chiral Phononic Crystal
自旋1外尔点是由三个带在三维（3D）动量空间中的一个点上接触而形成的，其中两个带表现出锥形色散，而第三个带是平坦的。这样的三重简并点携带更高的拓扑电荷$\pm2$ 2，可以用三带哈密顿量来描述。我们首先提出了一个紧束缚模型的三维Lieb晶格与手性层间耦合，以形成自旋1外尔点。然后，我们设计了一个手征声子晶体，携带这些自旋1外尔点和特殊的直型声学费米弧。我们还计算证明了强大的传播的拓扑保护的表面状态，可以绕过一个角落或缺陷没有反射。我们的研究结果为在三维结构中操纵声波开辟了新的途径，并为探索三维自旋1 Weyl系统的能量输运性质提供了平台。
2020-04-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Merging mechanical bound states in the continuum in high-aspect-ratio phononic crystal gratings
该研究针对偶然型机械连续谱束缚态（BICs）难以观测的问题，采用耦合波理论在高纵横比砷化镓声子晶体光栅中预测并实验验证了该类BICs，还观测到其与对称保护型BICs的合并可降低辐射损耗，为声子俘获及相关应用提供新可能。
2023-12-20 physics.app-ph
Actively controllable topological phase transition in phononic beam systems
拓扑绝缘体允许边缘波或界面波，但禁止体波，它彻底改变了我们对声学/弹性系统的科学认识。由于其非平凡的拓扑特性，边缘（界面）波的拓扑保护，以防止缺陷和障碍。这种优越和独特的特性可以在量子和声学/弹性信息处理的应用中带来大量新的机会。然而，目前声/弹性拓扑绝缘体仍处于起步阶段，理论和预测仅在实验室进行，在推广其实际应用之前还有许多问题有待解决。其中一个明显的缺点是它们的工作频率范围窄，这是本文主要关注的问题。我们设计了一个一维的声子梁系统，由均匀的环氧树脂中心梁夹在两个均匀的压电梁，并覆盖极薄的电极，周期性地和分开放置。这些电极连接到具有负电容器的外部电路。我们表明，拓扑相变可以诱导和调整通过改变负电容的值。由此可见，拓扑保护接口模式的工作频率可以广泛地改变，使得拓扑绝缘体的工作频率范围可以显著地“加宽”。这种智能拓扑器件在需要高精度可控信息处理的智能技术中也有广泛的应用。
2020-09-10 cond-mat.soft physics.app-ph
Membrane phononic crystals for high-Qm mechanical defect modes in piezoelectric aluminum nitride
本研究在90纳米厚压电氮化铝薄膜中实现了薄膜声子晶体，在1.8 MHz频率下获得了室温Qxf乘积达1.5x10^13 Hz的高Qm机械缺陷模式，为可调声子电路和低噪声传感器提供了构建模块。
2025-06-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Topological phononics
National Laboratory of Solid State Microstructures, Nanjing University（南京大学固体微结构物理国家重点实验室）；School of Advanced Manufacturing Engineering, Nanjing University（南京工程学院（注：原文为Nanjing University，但通常Suzhou校区对应苏州大学或南京大学苏州研究院，此处严格按原文翻译）南京大学先进制造工程学院）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences（中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心）；New Cornerstone Science Laboratory, Department of Physics, The University of Hong Kong（香港大学新基石科学学院物理学系）；School of Physical Science and Technology, Soochow University（苏州大学物理科学与技术学院）；School of Physical Sciences, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学物理学院）；School of Physics Science and Engineering, Tongji University（同济大学物理科学与工程学院）；Suzhou Institute for Advanced Research, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学苏州高等研究院）；National Laboratory of Solid State Microstructures and Department of Materials Science and Engineering, Nanjing University（南京大学固体微结构物理国家重点实验室和材料科学与工程系）
该研究综述探讨了拓扑声学如何将拓扑凝聚态物理的基本概念扩展到晶格振动和经典机械波领域，提出了一种统一的框架，总结了自然和人工系统中拓扑声子的核心理论和实验进展，同时展望了量子声学、非线性拓扑现象和跨学科整合等未来方向。
2026-05-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Microwave filtering using forward Brillouin scattering in photonic-phononic emit-receive devices
微波光子系统因其在高频和极宽带宽上处理信号的能力而引人注目，作为下一代通信和雷达技术的基础。然而，许多应用还需要窄带$(\sim\text{MHz})$滤波操作，这对于使用光学滤波技术来实现是具有挑战性的，因为这需要超高品质因数$(\sim 10^8)$光学谐振器的可靠集成。解决这一挑战的一种方法是利用长寿命的声共振，利用其窄带频率响应来过滤微波信号。在本文中，我们研究了新的策略，利用微波光子信号处理平台内的窄带声响应，通过使用光-声耦合。我们的信号处理方案是基于最近演示的光子-声子发射器-接收器设备，其使用布里渊相互作用在光域和声域之间传输信息，并产生微波信号的窄带滤波。为了了解使用这种器件技术的最佳方式，我们研究了使用这种滤波方案的微波光子链路的特性。我们从理论上分析了这种微波-光子链路的噪声特性，并为这种系统的设计和优化探索了参数空间。
2020-01-08 physics.app-ph physics.optics
Integrated RF-photonic Filters via Photonic-Phononic Emit-Receive Operations
高性能窄带滤波器的产生对于许多RF信号处理应用具有极大的兴趣。为此，已经证明了用于电子、基于MEMS和微波光子滤波器的许多方案。基于微波光子系统的滤波方案提供了比传统RF滤波器更好的灵活性和可调谐性。然而，这些基于光学的滤波器通常限于GHz宽度，并且通常具有较大的RF插入损耗，这对集成到高保真射频电路构成了挑战。在这篇文章中，我们展示了一种新型的微波滤波器，它结合了微波光子滤波器的吸引人的功能与高Q声子信号处理，使用光子-声子发射-接收过程。通过该过程，在引导光波上编码的RF信号被转换到GHz频率声波上，其中在被重新编码到空间上分离的光学探头上之前，可以通过声学传递函数的成形对其进行滤波。这种发射-接收功能在集成硅波导中实现，产生MHz带宽带通滤波，同时支持微波光子链路中高动态范围所需的低RF插入损耗。我们还展示了创纪录的高内部效率的发射-接收操作的这种类型，并表明，发射-接收操作是唯一适合于创建串行滤波器组的保真度损失最小。这种光子-声子发射器-接收器代表了一种在集成全硅器件中进行低失真信号处理的新方法。
2017-11-17 physics.app-ph physics.optics
Towards a monolithic platform for coupling superconducting circuits to low-loss microwave phonons in AlScN on 4H-SiC
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；University of Arizona（亚利桑那大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
研究旨在构建超导电路与低损耗微波声子耦合的单片平台。通过特定架构结合超导电路与压电材料，经选择性去除AlScN实现。实验测得Al-on-SiC谐振器相干寿命及AlScN-on-SiC区域声子传播损耗等数据，证明该平台在量子声学网络等方面颇具潜力。
2026-07-17 physics.app-ph quant-ph
Terahertz phonon engineering with van der Waals heterostructures
本研究通过在范德华异质结中精确集成原子级薄层，利用少层石墨烯和单层WSe$_2$实现了太赫兹声子的高效产生、检测与操控，为超宽带声学器件和热工程开辟了新途径。
2024-08-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Brillouin-Mandelstam Light Scattering Spectroscopy: Applications in Phononics and Spintronics
近年来，布里渊非弹性光散射光谱在研究新型材料、纳米结构和器件中的声子和磁振子方面得到了广泛的应用。由于仪器的发展和对元素激发能量的精确知识的强烈需求，布里渊-曼德尔谱正迅速成为拉曼非弹性光散射光谱的重要补充技术。我们提供了一个概述的布里渊光散射技术的最新进展，侧重于使用这种光子方法的调查限制声学声子，声子超材料，磁振子的传播和散射。该评论强调了新兴的应用布里渊-曼德尔散射光谱的声子工程结构和自旋电子器件，并总结了未来的发展方向。
2020-11-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Observation of nonreciprocal wave propagation in a dynamic phononic lattice
线性时不变介质中的声波通常是互易的;然而，互易性在时变系统中可能会预锻。在这封信中，我们报告的实验演示的非互易性的动态一维声子晶体，其中的本地弹性性能依赖于时间。该系统由排斥磁体阵列组成，并且构成元件的现场弹性势由电磁体阵列调制。时间调制打破了时间反演对称性，并在色散关系中打开了方向性带隙。如实验和数值结果所示，非互易机械系统，如这里提出的一个提供了机会，创造声子二极管，可以为整流应用。
2018-11-13 cond-mat.other physics.app-ph
Hexagonal Boron Nitride Phononic Crystal Waveguides
六方氮化硼（h-BN）是一种典型的范德华（vdW）层状晶体，具有一系列吸引人的物理性质，在探索二维（2D）电子学、光子学、力学和新兴量子工程中发挥着越来越重要的作用。在这里，我们报告的示范h-BN声子晶体波导与设计的通带和阻带在射频（RF）范围和可控的波传播和传输，利用阵列耦合h-BN纳米机械谐振器与工程耦合强度。实验测量证实，这些声子晶体波导限制和支持15至24兆赫（MHz）的波传播超过1.2毫米。类似于固态原子晶格，在h-BN声子波导中观察到声子带隙和色散行为，并对其进行了系统的研究。在这样的可添加集成的h-BN平台上引导和操纵声波可以促进多物理耦合和信息转导，并通过新兴的h-BN光子和声子器件为相干芯片上信号处理和通信开辟新的机会。
2020-01-05 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Integrated phononic waveguide on thin-film lithium niobate on diamond
研究通过将薄膜铌酸锂转印至块状金刚石上构建了波长级声子波导，结合了LN的强压电性与金刚石的高声速及色心兼容性，在低温下实现高换能效率，为声子介导的混合量子系统奠定基础。
2025-05-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Real-space characterization of cavity-coupled waveguide systems in hypersonic phononic crystals
在悬浮膜中形成的声子晶体提供了对高超声波的完全限制，从而实现了一系列芯片级操纵。在这封信中，我们演示了模式分辨实空间表征的机械振动性能的腔和波导系统。多个谐振模式的独立特征在于在各种设计的腔，和波长尺度的高$Q$谐振高达$Q=$ 4200大气条件下被确认。这也表明，波导允许我们解决单模波传输，从而驱动渐逝耦合腔。该方法提供了一个重要的工具，用它来建立紧凑和低功率的微波声子电路的信号处理和混合量子系统的应用。
2019-09-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
