來自萊斯大學的研究人員及其合作夥伴，成功展示了聲子之間強干涉的突破性成果。聲子是攜帶熱量和聲音的量子振動單位，這一發現顯示出其干涉強度比以往觀察到的高出兩個數量級，為量子傳感器和計算技術開啟了全新的可能性。這一現象被稱為 Fano 共振，當兩個具有不同頻率分佈的聲子相互干涉時，會產生獨特的增強或抵消模式，類似於池塘中重疊的漣漪。研究的第一作者、曾在萊斯大學擔任博士後研究員的張坤燕表示，「儘管這一現象在電子和光子等粒子中已得到廣泛研究，但聲子之間的干涉卻鮮少被探索。」他強調，這是一個錯失的機會，因為聲子能夠長時間保持其波動行為，這使其成為穩定、高性能設備的潛在選擇。
這項研究證明了聲子能夠像電子或光一樣被有效利用，為新一代基於聲子的技術鋪平了道路。研究人員通過將一層二維金屬材料置於碳化矽基底之上，採用一種稱為限制異質外延的方法，成功達成了研究結果。他們在石墨烯和碳化矽之間插入了幾層銀原子，創造出具有獨特量子特性的緊密界面。張坤燕解釋說，「這層二維金屬觸發並增強了碳化矽中不同振動模式之間的干涉，達到了創紀錄的水平。」研究團隊使用拉曼光譜學技術來研究聲子之間的干涉，結果顯示出尖銳的不對稱形狀，在某些情況下形成完整的下凹，顯示出強烈的干涉特徵。這一現象對碳化矽表面的精確性極為敏感，三種不同的表面結束方式各自產生了不同的拉曼線形。
更令人驚訝的是，即使在表面上存在單個染料分子，也會引起光譜線形的劇烈變化。張坤燕指出，「這種干涉如此敏感，可以檢測到單個分子的存在。」這項技術使得無標籤單分子檢測成為可能，且設置簡單且具可擴展性。研究結果為在量子傳感和下一代分子檢測中使用聲子開辟了新的道路。這項研究還確認了干涉純粹來自聲子之間的相互作用，而非電子的影響，這是一個罕見的僅由聲子引起的量子干涉實例。這種效應僅出現在所研究的特定二維金屬/碳化矽系統中，並不在大塊金屬中存在，因為原子薄的金屬層創造了獨特的過渡路徑和表面配置。
展望未來，研究人員正在探索其他二維金屬，如鎵或銦，以重現和定制這一效應。萊斯大學的副教授黃生熙表示，「與傳統傳感器相比，我們的方法提供了高靈敏度，而無需特殊的化學標記或複雜的設備設置。」這種基於聲子的方法不僅推進了分子檢測的發展，還在能量收集、熱管理和量子技術等領域開啟了令人興奮的可能性，因為控制振動是關鍵所在。這項研究得到了美國國家科學基金會、空軍科學研究辦公室、韋爾奇基金會及北德克薩斯大學的支持，並已發表在《科學進展》期刊上。
