Graphene Drum: onderzoekers ontwikkelen nieuw Phonon-laserontwerp

Home > Media > Grafeentrommel: onderzoekers ontwikkelen nieuw fonon-laserontwerp

Schematische weergave van een experimentele opstelling voor het ontvangen en registreren van fononstraling. CREDIT
Konstantin Arutyunov et al.

Abstract:
Professor Konstantin Arutyunov van het HSE Tikhonov Moscow Institute of Electronics and Mathematics (MIEM HSE) heeft samen met Chinese onderzoekers een op grafeen gebaseerde mechanische resonator ontwikkeld, waarin coherente emissie van geluidsenergiequanta of fononen is geïnduceerd. Dergelijke apparaten, fonon-lasers genoemd, hebben een groot potentieel voor toepassing in informatieverwerking, evenals klassieke en kwantumdetectie van materialen. De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Optics Express.

Grafeentrommel: onderzoekers ontwikkelen nieuw fonon-laserontwerp

Moskou, Rusland | Geplaatst op 18 juni 2021

Gebruikmakend van een analogie met fotonen, quanta van het elektromagnetische spectrum, zijn er ook deeltjes van geluidsenergie, fononen. In feite zijn dit kunstmatig geïntroduceerde objecten in de natuurkunde - quasi-deeltjes, die overeenkomen met trillingen van het kristalrooster van materie.

Sommige stoffen zenden bij bestraling fotonen uit met dezelfde golflengte, fase en polarisatie. Dit proces, gestimuleerde emissie genoemd, werd meer dan een eeuw geleden voorspeld door Albert Einstein en vormt de basis van het apparaat dat we allemaal kennen: de laser. De eerste lasers werden ongeveer zestig jaar geleden gebouwd en hebben op verschillende gebieden een vaste plaats in ons leven gekregen.

Een soortgelijk proces, waarbij 'identieke' fononen worden uitgezonden, ligt ten grondslag aan een apparaat dat naar analogie een fonon-laser of saser wordt genoemd. In feite werd het tegelijkertijd met lasers voorspeld, maar er zijn over een lange periode slechts enkele experimentele realisaties ontwikkeld en geen van hen is op grote schaal gebruikt in de industrie.

Magnesiumionen, halfgeleiders, composietsystemen met microholtes, elektromechanische resonatoren, nanodeeltjes en vele andere stoffen en systemen zijn de afgelopen tien jaar gebruikt als actieve media voor fononlasers. In tegenstelling tot eerdere studies, gebruikte de huidige studie grafeen om coherente akoestische excitaties te creëren. Vanwege de unieke eigenschappen van grafeen kunnen dergelijke resonatoren potentieel op grote schaal worden gebruikt.

De grafeenresonator werd geproduceerd door microlithografie: een fotogevoelige polymeerfilm wordt afgezet op een siliciumsubstraat. Met ultraviolet licht wordt een bepaalde structuur op het substraat 'getekend', waardoor vervolgens door middel van plasmabehandeling een zich herhalend systeem van microholtes kan worden gevormd. Het behandelde substraat is bedekt met een laag grafeen en dit systeem van 'drums' gedraagt zich als een resonator, dat wil zeggen dat het externe trillingen versterkt als ze met een bepaalde frequentie worden opgewekt.

Als zo'n 'trommel' wordt bestraald met laserlicht op een specifieke golflengte, worden fotonen herhaaldelijk gereflecteerd tussen de siliciumrug en het grafeen, waardoor optische holtes worden gevormd waar mechanische trillingen met de juiste frequentie worden geproduceerd.

'We hebben experimenteel een nanostructuur onderzocht, dat is een vast membraan gemaakt van een monoatomaire laag koolstof, oftewel grafeen. Daarin werden trillingen van atomen, of fononen, geactiveerd door blootstelling aan externe optische straling', zegt Konstantin Arutyunov. 'Het onderzoek zal naar verwachting worden voortgezet, omdat het van groot belang is voor zowel de fysica van ultrakleine objecten als het potentieel heeft om een nieuwe generatie kwantumoptomechanische sensoren en transducers te creëren.'

####

Voor meer informatie, klik hier

Kontakte:
Ljoedmila Mezentseva
7-926-313-2406

@HSE_eng

Als u een opmerking heeft, alstublieft Contact met ons op.

Uitgevers van nieuwsberichten, niet 7th Wave, Inc. of Nanotechnology Now, zijn zelf verantwoordelijk voor de juistheid van de inhoud.

Bladwijzer: