グラフェンドラム: 研究者が新しいフォノンレーザー設計を開発

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フォノン放射を受信および記録するための実験装置の概略図。クレジット
Konstantin Arutyunov etal。

要約：
HSEティホノフモスクワ電子数学研究所（MIEM HSE）のKonstantin Arutyunov教授は、中国の研究者と共同で、音響エネルギー量子またはフォノンのコヒーレント放出が誘導されるグラフェンベースの機械的共振器を開発しました。フォノンレーザーと呼ばれるこのようなデバイスは、情報処理、および材料の古典的および量子センシングへの応用に幅広い可能性を秘めています。この調査は、ジャーナルOpticsExpressに掲載されています。

グラフェンドラム：研究者は新しいフォノンレーザー設計を開発します

ロシア、モスクワ | 18年2021月XNUMX日に投稿

光子、電磁スペクトルの量子とのアナロジーを使用すると、音響エネルギーの粒子、フォノンもあります。実際、これらは物理学で人工的に導入されたオブジェクト、つまり準粒子であり、物質の結晶格子の振動に対応します。

一部の物質は、照射されると、同じ波長、位相、および偏光の光子を放出します。誘導放出と呼ばれるこのプロセスは、XNUMX世紀以上前にアルバート・アインシュタインによって予測され、私たち全員が知っているデバイスであるレーザーの基礎となっています。最初のレーザーは約XNUMX年前に製造され、さまざまな分野で私たちの生活の中でしっかりと確立されています。

「同一の」フォノンの放出を含む同様のプロセスは、類推によって、フォノンレーザーまたはセイザーと呼ばれるデバイスの根底にあります。実際、レーザーと同時に予測されていましたが、長期間にわたって開発された実験的実現はごくわずかであり、業界で広く使用されているものはありません。

マグネシウムイオン、半導体、マイクロキャビティを備えた複合システム、電気機械共振器、ナノ粒子、およびその他の多くの物質とシステムが、過去XNUMX年間にわたってフォノンレーザーの活性媒体として使用されてきました。以前の研究とは異なり、本研究ではグラフェンを使用してコヒーレントな音響励起を作成しました。グラフェンのユニークな特性により、このような共振器は潜在的に広く使用できます。

グラフェン共振器はマイクロリソグラフィーによって製造されました。感光性ポリマーフィルムがシリコン基板上に堆積されます。紫外線を使用して、特定の構造が基板上に「描画」され、その後、プラズマ処理によってマイクロキャビティの繰り返しシステムの形成が可能になります。処理された基板はグラフェンの層で覆われており、この「ドラム」システムは共振器のように動作します。つまり、特定の周波数で発生した外部振動を増幅します。

このような「ドラム」に特定の波長のレーザー光を照射すると、シリコンバッキングとグラフェンの間で光子が繰り返し反射され、適切な周波数の機械的振動が発生する光共振器が形成されます。

'実験的に、炭素の単原子層またはグラフェンで作られた固定膜であるナノ構造を調べました。原子またはフォノンの振動は、外部の光放射への曝露によってその中で活性化されました」とコンスタンチン・アルチュノフは言います。「超小型物体の物理学の両方にかなりの関心があり、新世代の量子オプトメカニカルセンサーとトランスデューサーを作成する可能性があるため、研究は継続することが期待されています。」

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