Физикам удалось создать миниатюрное квантовое устройство, генерирующее фононы при температуре, лишь незначительно превышающей абсолютный ноль. Это открытие стало важным шагом на пути к созданию фононного лазера, работающего со звуком по аналогии с оптическим лазером. Ученые отмечают, что звук, в отличие от света, может распространяться и в жидких средах, что открывает новые возможности для связи, медицинской диагностики и сенсорных систем.
Для создания устройства использовался сверхтонкий двумерный кристалл. В нем электроны движутся по каналу шириной в несколько атомов. При прохождении электрического тока электроны разгоняются до высоких скоростей и высвобождают энергию в виде фононов. Эти частицы представляют собой звуковые волны, возникающие при механических колебаниях.
Разработчики выяснили, что появление фононов подчиняется определенным закономерностям, что позволяет ими управлять. Эта способность является ключевым условием для создания квантового акустического оборудования, способного точно контролировать звуковые волны.
Исследователи проводили эксперименты при температурах от 10 милликельвинов до 3,9 кельвинов, что очень близко к абсолютному нулю. В таких холодных условиях движение электронов становится более упорядоченным, что позволяет наблюдать квантовые эффекты, недоступные при обычных температурах.
Результаты эксперимента оказались неожиданными. До этого считалось, что фононы возникают только при коллективном движении электронов со скоростью звука или выше. Однако новое исследование показало, что в сверхтонких кристаллах эти квазичастицы могут появляться и при более сложных режимах движения электронов. По мнению авторов работы, их результаты требуют пересмотра современных теорий, так как они не учитывают некоторых особенностей переноса энергии в подобных материалах.
После дальнейших исследований планируется создать аналогичные квантовые устройства на основе других материалов, таких как графен, чтобы они работали еще быстрее. Ученые полагают, что усовершенствованные версии этой технологии могут найти применение в высокоскоростных средствах связи, высокочувствительных сенсорах, новых методах медицинской диагностики и изучении биологических материалов.
Источник: science.mail.ru
распечатать статью
