音叉をたたくと、その構造によって決まる特定の周波数の音が発生することはよく知られている。同様にMEMS（マイクロ電気機械システム）と呼ばれる微小な構造を振動させると、超音波という人間の耳では聞こえない高い周波数の振動が引き起こされる。最新の移動体通信システムでは、この現象を利用した「表面弾性波フィルタ」や発振素子などのMEMS振動子が、送受信した高周波信号の処理に応用されている。
NTTの研究チームでは、このMEMS振動子の作製技術をベースにした「フォノニック結晶」と呼ばれる新しい「音の人工結晶」を作製し、それをプラットフォームに使用した超音波振動の伝搬を制御する技術の研究を進めてきた。フォノニック結晶を使うことで、超音波の分散制御が可能となり、これにより既存のMEMSで困難であった超音波振動の進む速さや波長の制御が実現できるという。
今回の研究で使用したフォノニック結晶は、太鼓の膜を一方向に伸ばしたような微小な振動を伝える路（導波路）から構成されている。導波路端に設置した電極に電圧を加えることで、圧電効果を介して、局所的に超音波振動を誘起できる。この振動の伝搬を測定することで、フォノニック結晶が有する群速度の周波数依存性、いわゆる分散を実験的に明らかにした。
この群速度分散によって、異なる周波数の波が異なる速度でフォノニック結晶中を伝搬するようになる。また、導波路端から周波数変調を加えた振動を入力することで、この分散による波形の拡大と圧縮に初めて成功したという。この技術を用いることで、振動波形の圧縮比や、圧縮の場所やタイミングを精確に制御できるようになり、MEMSを用いた信号処理デバイスの小型化や高集積化につながることが期待できると説明する。
研究成果は、英国科学雑誌『Nature Communications』電子版に公開された。