Разработана новая конструкция фононного лазера

Лазеры в науке, Научная библиотека Комментарии к записи Разработана новая конструкция фононного лазера отключены

Исследователи из России и Китая 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.

Phonon lasing with an atomic thin membrane resonator at room temperature

Graphene has been considered as one of the best materials to implement mechanical resonators due to their excellent properties such as low mass, high quality factors and tunable resonant frequencies. Here we report the observation of phonon lasing induced by the photonthermal pressure in a few-layer graphene resonator at room temperature, where the graphene resonator and the silicon substrate form an optical cavity. A marked threshold in the oscillation amplitude and a narrowing linewidth of the vibration mode are observed, which confirms a phonon lasing process in the graphene resonator. Our findings will stimulate the studies on phononic phenomena, help to establish new functional devices based on graphene mechanical resonators, and might find potential applications in classical and quantum sensing fields, as well as in information processing.
https://www.osapublishing.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-29-11-16241&id=450960

По аналогии с фотонами, квантами электромагнитного поля, существуют и частицы-кванты звуковой энергии, фононы. Фактически это искусственно введенные в физике объекты — квазичастицы, которые соответствуют колебаниям кристаллической решетки вещества.

Некоторые вещества при облучении испускают фотоны с одинаковой длиной волны, фазой и поляризацией. Этот процесс, называемый вынужденным излучением, был предсказан Альбертом Эйнштейном более века назад, и он лежит в основе всем нам знакомого прибора — лазера.

Первые лазеры были сконструированы около шестидесяти лет назад, и прочно вошли в нашу жизнь в различных ее сферах.

Схожий процесс с испусканием “одинаковых” фононов, лежит в основе прибора, называемого по аналогии фононным лазером, или сазером. Фактически он был предсказан одновременно с лазерами, однако на протяжении длительного времени было разработано всего несколько экспериментальных реализаций, и ни одна из них не получила широкого применения в промышленности.

В качестве активной среды для фононных лазеров за последнее десятилетие использовались ионы магния, полупроводники, композитные системы с микрополостями, электромеханические резонаторы, наночастицы и множество других веществ и систем. В отличие от предыдущих исследований, в данной работе было решено использовать графен для создания когерентных акустических колебаний, поскольку именно механические резонаторы на основе графена показали хорошие результаты по характеристикам их фононного излучения. За счет уникальных свойств графена такие резонаторы могут потенциально получить широкое применение.

Как их создают? Сначала фоточувствительная полимерная пленка наносится на кремниевую основу. Затем при помощи ультрафиолета на основе “рисуется” определенная структура, которая впоследствии при помощи обработки плазмой позволяет образовать повторяющуюся систему микрополостей. Обработанная основа покрывается слоем графена, и такая система “барабанов” ведет себя как резонатор, то есть усиливает внешние колебания с определенной частотой.

При помощи ультрафиолета на основе “рисуется” определенная структура, которая впоследствии при помощи обработки плазмой позволяет образовать повторяющуюся систему микрополостей. Обработанная основа покрывается слоем графена, и такая система “барабанов” ведет себя как резонатор, то есть усиливает внешние колебания с определенной частотой.

Если облучить такой «барабан» светом лазера с определенной длиной волны, фотоны несколько раз отражаются между кремниевой основой и графеном, таким образом 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 Константин Арутюнов, российский соавтор статьи. — Исследования предполагается продолжить, поскольку они представляют значительный интерес как для фундаментальных вопросов физики сверхмалых объектов, так и имеют потенциал для создания нового поколения квантовых оптомеханических датчиков и преобразователей”.

Автор: Алексей Паевский

Источник: https://indicator.ru/physics/razrabotana-novaya-konstrukciya-fononnogo-lazera-10-06-2021.htm

Рекомендуем для Вас


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top