“声子激光器”突破：工程师将地震级振动缩至微芯片尺度，开启下一代更小、更快、更省能的无线设备
一、核心突破
美国科罗拉多大学科学家们在《Nature》杂志（2026 年 1 月 14 日）首次公开了一种名为 “声子激光器（phonon laser）” 的微型装置，能够在微芯片上生成表面声波（Surface Acoustic Waves, SAWs）。该技术将传统的地震级振动压缩至微米级别，预计将为智能手机、无线传感器等消费电子器件提供更小、更快、更节能的芯片解决方案。
“这项技术有望彻底改造未来的无线设备，使其在尺寸、功率和能效方面实现质的飞跃。” ——马特·艾希菲尔德（Matt Eichenfield）博士，科罗拉多大学博尔德分校量子工程 Gustafson 教授
图：示意图
二、表面声波与声子激光器的基本概念
表面声波（SAWs）：类似声波，但仅沿固体表面传播，广泛应用于手机、车钥匙、卫星定位等领域。
声子激光器：与传统光学激光器相似，但输出的是受控的机械振动波，而非光。
“想象一下地震在地壳上产生的波动，但尺寸仅为一块微芯片。” ——亚历山大·温德（Alexander Wendt），亚利桑那大学研究生，论文第一作者
三、技术实现与创新点
一体化单芯片
传统 SAW 设备需两块芯片及外部电源；本发明将全部功能集成到 0.5 mm 长、层状结构 的单芯片中。
层级材料结构
硅基底（常见的芯片材料）
锂铌酸盐层（压电材料，产生振动）
锌镓砷薄膜（可在弱电场下加速电子，增强波动与电子的耦合）
激光式振动放大
电流流经锌镓砷层，激发锂铌酸盐表面声波；波前向前传播至反射器再返回，类似光学激光器的镜面反射。
每次往返波前能量增加，反向传输几乎损失 99% 能量，故需在正向上实现显著增益。
通过多次往返，振动强度足以“泄露”出一侧，实现类似激光束的发射。
高速振动
目前实现约 1 GHz（10⁹ 次/秒）振荡；理论可提升至数十乃至数百 GHz。
传统 SAW 设备最高约 4 GHz，故本技术远超现有速度。
“这正是我们所需的最后一步；现在我们可以在同一芯片上完成所有基于表面声波的无线功能。” ——艾希菲尔德博士
四、潜在应用与意义
移动设备：将多个 SAW 处理芯片合并为单芯片，显著减小尺寸与功耗。
无线通信：更高频率可提升信号带宽，降低延迟。
低功耗传感器：微型声子激光器可用于高精度定位、环境监测等。
“通过将 SAW 处理全部集中到一块芯片，未来的智能手机和其他无线终端将变得更小、更强、更省能。” ——艾希菲尔德博士
五、合作与支持
科罗拉多大学博尔德分校（Matt Eichenfield）
亚利桑那大学（Alexander Wendt 等）
桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）
本研究获得 美国能源部、美国国家科学基金、新西兰创新与就业部 以及 中国科学院国际合作项目 等多机构资助。
关于该技术
声子激光器技术通过一体化单芯片实现表面声波的激光式增益，突破了传统 SAW 设备的尺寸与频率限制，为下一代无线通信芯片的开发提供了全新的技术路径。
勇编撰自论文"An electrically injected solid-state surface acoustic wave phonon laser".Nature.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。
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