最近由中國、西班牙和德國組成的研究團隊（中科院蘇州納米所、國防科技大學(xué)、西班牙皇家馬德里第三大學(xué)和德國Paul-Drude固體電子研究所），通過(guò)研究證明了利用噪聲，可以在一種由量子共振隧穿效應引起的具有多自由度非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)系統的半導體超晶格器件中誘導出空間和時(shí)間序，用于檢測并放大高頻微弱信號。這種物理效應可以用來(lái)識別隱藏在強噪聲中的未知微弱信號；或者將有用的微弱信號嵌入到噪聲背景中并恢復出來(lái)，這樣可以對捕獲到的有用信號進(jìn)行加密。例如，從噪聲環(huán)境中提取對話(huà)信號、進(jìn)行天文觀(guān)測、雷達信號探測、圖像處理等。目前，其研究結果分別以?xún)善B續論文的形式發(fā)表在國際著(zhù)名刊物《物理評論快報》（簡(jiǎn)稱(chēng)PRL）上，其中一篇側重于物理實(shí)驗研究[PRL 121，086806（2018）]，另一篇側重于數值模擬的理論研究[PRL 121，086805（2018）]。請見(jiàn)文章鏈接。 

　　https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.086805， 

　　https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.086806  。

　　我們研究團隊將噪聲與微弱周期信號耦合應用于Al含量為45%的GaAs/(Al,Ga)As弱耦合超晶格非線(xiàn)性系統中，獲得了較為理想的物理結果。噪聲能促使靜止狀態(tài)的系統進(jìn)入周期性振蕩模式，導致電流自激振蕩的頻率范圍在100 MHz左右，這被稱(chēng)為相干共振；同時(shí)，基于離散的弱耦合超晶格級聯(lián)共振隧穿模型，進(jìn)行的電子輸運數值模擬很好的再現了實(shí)驗結果。圖1給出了實(shí)驗和理論模擬得到的振蕩峰間隔的標準方差和噪聲均方根值的關(guān)系圖。進(jìn)一步，在噪聲背景中疊加頻率接近電流自激振蕩頻率的微弱周期信號，非線(xiàn)性系統的相干共振模式會(huì )被這個(gè)疊加的微弱信號鎖相，把背景噪聲的能量轉換給微弱信號，既實(shí)現了微弱信號放大，同時(shí)又改善了信噪比，這種現象被稱(chēng)為隨機共振，如圖2所示。這種隨機共振可以作為被動(dòng)鎖相放大器使用，用于探測和識別被噪聲背景淹沒(méi)的微弱信號，不需要參考信號，并且具有比傳統鎖相放大器更短的積分時(shí)間。目前，所有檢測微弱信號的方法都是基于已知參考信號，是主動(dòng)探測模式而不是被動(dòng)探測模式，這樣就不能用于識別隱藏在強噪聲背景中的未知信號。典型的鎖相放大器需要幾十Hz到MHz范圍的參考信號和毫秒量級的積分時(shí)間。在相干共振的寬頻率范圍內，利用超晶格器件的隨機共振效應，允許在沒(méi)有參考信號的情況下進(jìn)行未知微弱信號的檢測與識別，并且可以顯著(zhù)減少處理信號的積分時(shí)間。 

　　該項工作由邵錚錚和殷志珍作為共同第一作者完成，得到蘇州納米所課題組內所有同事以及M. Carretero，E. Mompo，S. W.Teitsworth研究團隊的支持，得到中科院戰略先導專(zhuān)項（XDA06010705），國家自然科學(xué)基金（61070040和61204093），國家重點(diǎn)研發(fā)計劃（2016YFE0129400），探索項目（7131266）等的資助和支持。 

圖1. 實(shí)驗和理論模擬得到的振蕩峰間隔的標準方差和噪聲均方根值的關(guān)系圖