Фононные цирсталы
Ключевым строительным блоком для такого устройства является фононный кристалл, искусственно созданная структура, в которой периодически меняются такие свойства, как жесткость, масса или механическое напряжение. Фононные устройства используются в качестве акустических волноводов, фононных линз и виброзащитных экранов, и в будущем могут быть реализованы механические кубиты.
Однако до сих пор эти системы работали на фиксированных частотах колебаний. Невозможно было контролировать их колебательные режимы.
Периодическая структура отверстий в графене
Теперь, впервые, команда Freie Universitat Berlin и HZB продемонстрировали этот контроль.
Они использовали графен, форму углерода, в которой атомы углерода соединяются двухмерно, образуя плоскую сотовую структуру. Используя сфокусированный пучок ионов гелия, команда смогла вырезать периодический узор из отверстий в графене. Этот метод доступен в CoreLab CCMS (корреляционная микроскопия и спектроскопия). «Нам пришлось значительно оптимизировать процесс, чтобы вырезать регулярный узор из отверстий на поверхности графена, не касаясь соседних отверстий», – сказал доктор. Катя Хофлих, руководитель группы Института Фердинанда Брауна в Берлине и приглашенный научный сотрудник HZB, объясняет:.
Ширина запрещенной зоны и возможность настройки
Ян Н. Кирххоф, первый автор исследования, опубликованного в Nano Letters, рассчитал колебательные свойства этого фононного кристалла.
Его моделирование показывает, что в определенном диапазоне частот колебательные моды недопустимы. По аналогии с электронной зонной структурой в твердых телах, эта область представляет собой механическую запрещенную зону.
Эту запрещенную зону можно использовать для локализации отдельных мод, чтобы защитить их от окружающей среды. Что здесь особенного: «Моделирование показывает, что мы можем настраивать фононную систему быстро и выборочно, от 50 мегагерц до 217 мегагерц, с помощью приложенного механического давления, вызванного напряжением затвора."говорит Ян Кирххоф.
Будущие приложения
"Мы надеемся, что наши результаты продвинут область фононики дальше. Мы ожидаем открыть для себя фундаментальную физику и разработать технологии, которые могут быть применены в электронной.грамм. сверхчувствительные фотодатчики или даже квантовые технологии », – объясняет проф.
Кирилл Болотин, руководитель рабочей группы FU. В его группе уже ведутся первые эксперименты с новыми фононными кристаллами от HZB.