Созданы звуковые лазеры нового типа
Две независимые группы исследователей почти одновременно представили работоспособные прототипы устройств, испускающих когерентные ультразвуковые волны аналогично тому, как лазеры излучают свет. Один из этих "звуковых лазеров" (или "сазеров" —
В опытном образце, сконструированном физиками из Калифорнийского технологического института (
В резонаторы, связанные оптическим волокном, подаётся лазерный луч. При этом фотоны в системе могут перепрыгивать между двумя энергетическими уровнями. Изменяя расстояние между резонаторами, можно настроить разницу частот этих уровней так, чтобы она соответствовала акустическому резонансу той же самой системы. В таком случае при переходе достаточного числа фотонов на "верхний уровень" под воздействием лазера накачки они будут "распадаться" на низкочастотные фотоны "нижнего уровня" и искомые когерентные фононы.
Более подробно об установке
Физики из Ноттингемского университета (
Подобно фотонам в лазере, фононы так же лавинообразно накапливаются под воздействием дополнительной энергии и многократно отражаются внутри слоёв сверхрешётки, пока не покидают структуру. При этом механизм генерации механических колебаний тут иной, нежели в американском "сазере".
Ключевой момент – слои арсенида галлия содержат так называемые квантовые ямы (
Механизм связи фотонов и "квантов звука" тут схож с механизмом электрического сопротивления в проводниках, но если в последних атомы решётки раскачиваются хаотично (что проявляется в нагреве материала), то в британском "сазере" получаются когерентные акустические волны.
Детище британских физиков
Обе группы в серии опытов показали, что их устройства действительно генерируют когерентное звуковое излучение. Учёные утверждают, что фононные лазеры ждёт перспективное будущее. Известно, что звуковые волны распространяются примерно на пять порядков медленнее скорости света, соответственно, меньше и длина звуковой волны аналогичной частоты. А это означает возможность выполнять высокоточные измерения при неразрушающем контроле материалов. Пригодится новинка и в компьютерных технологиях, сверхточных сканерах в аэропортах и так далее.
Развёрнутый комментарий к обоим исследованиям