Fononeja suunnaten ja laseroiden

Kuvan joustava kalvo (harmaa neliö) toimii akustisena resonaattorina, joka on sijoitettu kahden peilin väliin. Kun lasersäde on loukussa peilien välissä, se kulkee toistuvasti kalvon läpi. Laservalon vaikutusta käytetään säätämään kalvon värinää. (Image credit: Harris Lab)

Yale yliopiston tutkijat ovat löytäneet tavan saada äänen kulkemaan vain yhteen suuntaan. Lisäksi tutkijat ovat käyttäneet samaa ajatusta ohjaamaan lämmön virtausta vain yhteen suuntaan.

Löytö tarjoaa uusia mahdollisuuksia parantaa akustisia resonaattoreita käyttäviä elektronisia laitteita.

”Tämä on kokeilu, jossa teemme yksisuuntaisen reitin ääniaalloille”, toteaa professori Jack Harris. ”Meillä on kaksi akustista resonaattoria, joista ensimmäisen ääni voi vuotaa toiseen, mutta ei päinvastoin.

Harris kertoo, että hänen tiiminsä pystyi saavuttamaan tuloksen "viritysnupilla" - laser-asetuksella - joka voi heikentää tai vahvistaa ääniaaltoa riippuen ääniaallon suunnasta.

Koska myös lämpö koostuu enimmäkseen värähtelyistä, he käyttivät samoja ajatuksia lämmön virtaukseen yhdestä kohteesta toiseen, riippumatta siitä, kumpi on kylmempi tai kuumempi.

Rochesterin yliopisto ja Rochesterin teknillisen instituutin tutkijat ovat puolestaan hyödyntäneet optisia pinsettejä tavalla, joka voisi luoda uutta näkemystä lasereiden perusominaisuuksiin ja mahdollisesti johtaa parempiin antureihin ja muihin laitteisiin.

He ovat onnistuneet kehittämään fononilaserin. Se toimii aiemmista saavutuksista poiketen mikroskooppisen atomimaailman ja makroskooppisen arkimaailman välissä eli mesoskooppisesti.

Ratkaisu perustuu tyhjiössä olevien nanopallojen muodostaman optisen pinsetin avulla. Nanohelmien värähtely muodostuu fononeista ja lisäksi helmet saavat osan laservalosta siroamaan.

”Jos teemme sen aivan oikein, voimme aiheuttaa värähtelyn, joka alkaa yhdestä amplitudista ja muuttuu isommaksi ja suuremmaksi kunnes se osoittaa mekaanista liikettä, joka on analoginen tavallisen optisen laserille”, toteaa Rochesterin kvanttioptiikan ja kvanttifysiikan apulaisprofessori Nick Vamivakas.

Vamivakas kertoo, että laboratorio tutkii edelleen mahdollisia käytännön sovelluksia, kuten antureita ja kiihtyvyysmittareita, jotka saattaisivat jalostua uudenlaisesta pinsettirakenteesta. ”Se on aivan kuin silloin, kun laser löydettiin ensimmäisen kerran”, Vamivakas hehkuttaa. ”Kukaan ei silloin tiennyt, mihin laseria todella käytettäisiin. Tässäkin on nyt kyse demonstraatiosta."

Aiheista aiemmin:

Voiko lämpöä hallita aaltoina?

Negatiivista massaa ja neliulotteista fysiikkaa