В мире современных технологий произошел значительный прорыв — ученые разработали инновационный метод управления фононными кристаллическими мембранами. Эти удивительные двумерные материалы обладают способностью контролировать распространение вибраций и звуковых волн. Особый интерес представляет возможность создания контролируемых изолированных форм вибрации путем внесения специальных дефектов в структуру кристаллов. До недавнего времени этот процесс был трудоемким и необратимым.
Международная команда блестящих умов из Канады и Швейцарии совершила настоящий прорыв, представив революционный метод динамического перепрограммирования механических систем. В основе их изобретения лежит концепция оптической пружины, управляемой световым излучением. Результаты этого выдающегося исследования были представлены научному сообществу в престижном издании Physical Review Letters.
Научная группа длительное время изучала потенциал применения оптической пружины для контроля резонанса мембраны. Компактные размеры резонатора и оптического поля открыли перспективу точечного воздействия на миниатюрные участки мембраны.
В ходе компьютерного моделирования исследователи сделали удивительное открытие: более крупные структуры демонстрируют повышенную чувствительность к отдельным фотонам. Более того, теоретические расчеты показали, что даже единичный фотон в оптической системе способен оказать измеримое влияние на движение устройства сантиметрового масштаба.
Для подтверждения теоретических выкладок был проведен впечатляющий эксперимент. Ученые создали мембрану фононного кристалла методом фотолитографии с размерами 3,3 на 3,1 миллиметра. Эта изящная конструкция из нитрида кремния представляет собой сетку с гексагональной структурой. Рядом с центром мембраны разместили оптоволоконный резонатор, состоящий из двух близко расположенных срезов оптоволокна. Вся система была установлена на специальной виброизолирующей платформе в условиях ультравысокого вакуума.
После тщательной настройки системы исследователи применили резонатор для создания мощного оптического поля. Это поле оказывало прецизионное давление на участок мембраны размером всего 10 нанометров, который выполнял функцию пружины. Уникальность воздействия заключалась в том, что оно затрагивало только один шестиугольник во всей структуре мембраны.
Используя инновационную оптическую пружину, ученые смогли создать контролируемый дефект в периодической структуре мембраны, вытянув определенный участок кристалла из общей плоскости. Особенно впечатляет тот факт, что свойства этого дефекта можно динамически и обратимо изменять путем регулировки интенсивности лазерного излучения. Все экспериментальные результаты полностью подтвердили теоретические предсказания.
Это прорывное достижение открывает захватывающие перспективы для создания перепрограммируемых механических систем нового поколения. Особенно многообещающим выглядит потенциальное применение массивов таких дефектов для программирования волноводов, предназначенных для маршрутизации механической информации. Данная технология может стать основой для развития совершенно новых направлений в области квантовых вычислений и передачи данных.
Источник: naked-science.ru
