音が光になる

カリフォルニア州のローレンス・リバモア国立研究所の研究者らは、携帯電話で一般的に使用されている電気を音に変換するプロセスを逆にすることで、音波を光放射に変換することに成功した。音が光に変換されたのはこれが初めてだ。今週ネイチャー・フィジックス誌に発表されたこの研究結果は、コンピューターチップ、LED、トランジスタの製造方法を改善する可能性があるほか、超高速材料科学やテラヘルツ放射（T線）生成にも応用できる可能性がある。

研究チームは、コンピューターモデリングを使用して約1年前にこの変換が可能であると最初に予測し、それ以来、研究室でそれを確認しようと努めてきました。

研究者らは、電気を音に、あるいは動きを電気に変換する固有の特性を持つ圧電材料を使用しました。この材料は、潜水艦のスピーカーやソナートランスデューサーに使用されています。この研究では、研究者らは、人間の可聴周波数の約 1 億倍の周波数の超高周波音波を圧電材料に送り、それを電気信号に変換しました。電気信号は、テラヘルツ周波数の放射線、つまり光波を発しました。

研究論文の著者の一人であるエヴァン・リード氏によると、音波と光波が重なり合う周波数範囲は100GHzから10THz程度と非常に狭いため、音を光に変換すること自体が斬新だという。

リード氏によると、この発見は、いくつかの技術を創造または研究するための新しい方法を提供する。1つの応用は、より優れた電子機器の製造に役立つかもしれない。研究で使用された圧電材料を提供したニトロネックス社などの電子機器メーカーは、基板上に成長し、非常に薄いフィルムの層からなる窒化ガリウム（GaN）と窒化アルミニウム（AlN）から成長するデバイスを製造している。

この製造工程で問題となるのは、フィルムの正確な構成を決定することです。フィルムの各層の厚ささえも、非常に薄いため測定が困難です。しかし、正確な厚さは重要です。電子機器によっては、フィルムの各コンポーネントに特定の厚さが必要なためです。新しい研究では、科学者たちは GaN 層と AlN 層からなるフィルムに音波を送り、音波が放射線に変換されるまでの時間を測定することで、層の厚さを測定することができました。

このプロセスから発生する T 線は、超高速材料科学の分野の研究者にも役立つ可能性があります。この分野の目的は、レーザー照射後の金属の溶解など、超高速 (ナノ秒未満のスケール) プロセスに続く短い時間枠で材料に何が起こるかを理解することです。最後に、これはこの研究の主な目的ではありませんでしたが、この発見により、生成がやや難しい T 線を生成する新しい方法が生まれるかもしれません。T 線はさまざまな武器や爆発物を検出でき、皮膚がん検出装置など、医療分野での応用が考えられます。