Физики создали механический кристалл с оптической пружиной

❋ 5.1

Международная коллаборация ученых нашла способ влиять на колебания в фотонном кристалле с помощью временных дефектов кристаллической решетки. Они показали, как можно точечно создавать дефекты с помощью света.

Физика

# изменяемые дефекты

# мембрана

# нитрид кремния

# оптическая пружина

# оптоволокно

# фонон

Симуляция профиля вибрации дефекта. Красный «луч» изображает необходимое для создания дефекта оптическое поле / © Clark et. al.

Фононные кристаллические мембраны — двумерные материалы, способные управлять распространением вибраций или звуковых волн. Введение дефектов в такие кристаллы, намеренное нарушение их периодической структуры, может вызывать появление управляемых изолированных форм вибрации. Обычно такие дефекты создавать сложно, долго, а убрать их из кристалла уже невозможно.

Исследователи из Канады и Швейцарии предложили новый подход к динамическому перепрограммированию механических систем — оптическую пружину, управляемую светом. Они показали принцип работы метода, создав механический кристалл с временной оптически программируемой модой. Научная работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Эта группа давно исследовала возможность использовать оптическую пружину для управления резонансом мембраны. Малый размер резонатора и оптического поля позволил предположить, что возможно значительно уменьшить область мембраны, на которую оказывают воздействие.

Ученые провели моделирование системы и обнаружили, что более крупные структуры сильнее реагируют на каждый фотон и что в принципе один фотон в оптической системе может оказывать измеримое воздействие на движение устройства сантиметрового размера.

Расчеты проверили экспериментально. Исследовали мембрану фононного кристалла в технике фотолитографии, ее размер составил 3,3 на 3,1 миллиметра. Мембрана изготовлена из нитрида кремния и выглядит как сетка гексагональной конфигурации. Затем ученые выровняли оптоволоконный резонатор — два близко расположенных среза оптоволокна — вблизи центра этой мембраны, используя высокоточные направляющие, установили всю систему на виброизолирующей платформе в ультравысоком вакууме.

После сборки и стабилизации системы ученые использовали резонатор для создания интенсивного оптического поля, которое оказывало давление на участок мембраны размером 10 нанометров, играющий роль пружины. Этот участок затрагивает ровно один шестиугольник во всей мембране.

Симуляция вибрации дефекта / © Clark et. al.

С помощью этой оптической пружины исследователи намеренно нарушили периодический узор мембраны, создали дефект — оттянули часть кристалла из общей плоскости. Регулируя интенсивность лазера, они смогли динамически и обратимо изменять свойства этого дефекта. Расчеты экспериментально подтвердились.

Этот новый подход к механическим дефектам открыл возможности для создания перепрограммируемых механических систем. Например, массивы таких дефектов могут быть использованы для программирования волноводов, предназначенных для маршрутизации механической информации.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Евгения Вавилова — научпоп автор, специализирующийся на популярной физике. Выпускница физического факультета, более 10 лет пишет о новейших открытиях в квантовой механике, астрофизике и теоретической физике. Евгения умеет объяснять сложные концепции простым языком и регулярно публикует материалы, основанные на первоисточниках — научных статьях и интервью с исследователями.