Российские и китайские ученые разработали механический резонатор на основе графена, в котором было индуцировано когерентное излучение квантов звуковой энергии, фононов. Такие устройства, называемые фононными лазерами, имеют широкий потенциал применения в обработке информации, а также в классическом и квантовом зондировании материалов. Исследование опубликовано в журнале Optics express.
Некоторые вещества при облучении испускают фотоны с одинаковой длиной волны, фазой и поляризацией. Этот процесс, названный вынужденным излучением, был предсказан Альбертом Эйнштейном и лег в основу лазеров. По аналогии с фотонами существуют фононы — квазичастицы, соответствующие колебаниям кристаллической решетки вещества. Схожий процесс с испусканием «одинаковых» фононов лежит в основе фононного лазера — сазера. Он был предсказан одновременно с лазерами, однако было разработано всего несколько реализаций, ни одна из которых не получила широкого применения.
В качестве активной среды для сазеров использовались ионы магния, полупроводники, композитные системы с микрополостями, электромеханические резонаторы и наночастицы. Теперь ученые из МИЭМ ВШЭ совместно с китайскими коллегами использовали графен, так как механические резонаторы на его основе показали хорошие результаты по характеристикам их фононного излучения.
При создании сазера ученые покрывали кремниевую основу фоточувствительной полимерной пленкой. Затем при помощи ультрафиолета на основу наносилась определенная структура, которая после обработки плазмой позволяла образовать повторяющуюся систему микрополостей. Обработанная основа покрывалась слоем графена. Такая система вела себя как резонатор, то есть усиливала внешние колебания с определенной частотой. Если облучить резонатор лазером с определенной длиной волны, фотоны несколько раз отражаются между кремниевой основой и графеном, формируя оптические полости, где возникают механические колебания соответствующей частоты.
«Экспериментально исследовалась наноструктура, представляющая из себя закрепленную мембрану из моноатомного слоя углерода, графена. В ней за счет воздействия внешним оптическим излучением возбуждались колебания атомов, фононы, — комментирует руководитель работы Константин Арутюнов. — Исследования предполагается продолжить, поскольку они представляют значительный интерес для фундаментальных вопросов физики сверхмалых объектов и имеют потенциал для создания нового поколения квантовых оптомеханических датчиков и преобразователей».
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
