Топологические материалы, способные без потерь перемещать электроны по своей поверхности, могут стать основой для эффективной электроники будущего. Однако, в отличие от современных транзисторов, бездиссипативный поток электронов в топологических материалах трудно отключать. Ученые из Гарварда разработали топологический транзистор со звуковыми волнами вместо электронов и предложили архитектуру универсального логического вентиля.

Использовав акустические топологические изоляторы, исследователи смогли обойти сложную квантовую механику электронных аналогов. С помощью уравнений для звуковых волн они подобрали верную комбинацию материалов для создания топологического акустического волновода, который включается при нагревании и отключается при охлаждении, сообщает Science Daily.

Созданное устройство выглядит как стальная сотовидная решетка внутри воздухонепроницаемой коробки. С одной стороны решетки стойки чуть больше. Из-за разницы в размере и интервале стоек меняется топология решетки и характер движения звуковых волн. Второе устройство служит для преобразования ультразвука в тепло. Оно расширяет решетку и меняет топологию волновода. Вместе обе системы позволяют одному волноводу управлять состоянием следующего, как это происходит в обычных электронных транзисторах.

Акустические переключатели получились масштабируемыми, то есть конструкция, которая работает в ультразвуковых частотах, также будет работать в субмиллиметровых. Это позволит обойти ограничения, имеющиеся у интегральных фононных схем.

«Хотя из материалов, которые мы использовали, не сделать электронного топологического транзистора, общая технология подходит и для квантовых материалов, и для фотонных кристаллов, — пояснила профессор Дженни Хоффман. — Есть надежда, что электронные и оптические аналоги уже не за горами».