Дослідники Університету Макгілла розробили пристрій, який за наднизьких температур генерує звукові кванти — фонони. Їх можна використовувати для створення фононних лазерів із потенційним застосуванням у комунікаціях та медичній діагностиці
Фото: magnific.com
«Сучасні комунікації значною мірою базуються на електромагнітних хвилях та електричному струмі. Однак у деяких середовищах, зокрема в океанах або всередині людського тіла, такі сигнали поширюються гірше, тоді як звук передається значно ефективніше, — зазначив Майкл Гілке. — Саме тому звукові хвилі можуть бути корисним інструментом для передачі інформації в таких умовах».
Майкл Гілке, доцент фізики та співавтор дослідження, опублікованого у Physical Review Letters, пояснив, що пристрій створили та проаналізували в Університеті Макгілла та Національній дослідницькій раді Канади, а матеріал синтезували в Принстонському університеті.
Двовимірний шар кристалу
Пристрій пропускає електричний струм через двовимірний шар кристалу та утримує електрони в області товщиною лише кілька атомів. Дослідники виявили, що коли електрони достатньо сильно прискорюються в цьому каналі, вони вивільняють енергію у вигляді сплесків вібрацій, подібних до звуку, тобто фононів, у передбачуваних і керованих шаблонах.
Це досягається шляхом охолодження пристрою до наднизьких температур — від приблизно 10 мілікельвінів до 3,9 кельвіна (це близько −273,14…−269,25 °C, тобто майже абсолютний нуль), що змушує електрони поводитися більш контрольовано та передбачувано. За таких умов вчені можуть спостерігати квантові ефекти, коли матерія проявляє хвильові властивості, а не поводиться виключно як тверді частинки.
Читайте також: Чи накриє Землю магнітна буря найближчими днями: прогноз
«За температур, близьких до абсолютного нуля, тобто у світі квантової фізики, звук не виникає, якщо електрони не рухаються колективно зі швидкістю звуку або вище, — пояснив Гілке. — У попередніх дослідженнях вчені спостерігали пов’язані ефекти, коли швидкість електронів наближалася до звукового бар’єра. Наша робота йде далі: ми вивели систему далеко за цю межу та показали, що наявні теорії потрібно переглянути, враховуючи, що електрони можуть бути дуже гарячими, навіть якщо кристал перебуває майже при абсолютному нулі».
Гілке зазначив, що наступний етап передбачає тестування пристрою з альтернативними матеріалами, такими як графен, що може дозволити йому працювати на ще вищих швидкостях. Це відкриває шлях до швидших комунікаційних технологій, покращених сенсорних пристроїв, застосувань у біологічних дослідженнях та більш складних медичних систем.
«Фонони складно генерувати та контролювати, тому ми досліджуємо нові режими. У ширшому сенсі це питання того, як електричний струм та енергія рухаються і перетворюються всередині передових електронних матеріалів», — підсумував він.
Ознайомтеся з іншими популярними матеріалами:
Клімат Європи зміниться сильніше, ніж очікували — учені
Життя на Червоній планеті: учені виявили на Марсі органічні сполуки
Що станеться, якщо Земля раптово перестане обертатися — учені
За матеріалами wionews.com.
Telegram 
Viber 