Вчені створили пристрій, який може стати основою для «звукових лазерів»

Дослідники з McGill University та Національної дослідницької ради Канади опублікували результати експерименту з квантовим пристроєм, який керовано створює фонони при температурі трохи вище абсолютного нуля. Про це пише ScienceDaily.

Що сталося

Науковці з McGill University та Національній дослідницькій раді Канади створили новий крихітний квантовий пристрій, здатний генерувати та чітко контролювати мікроскопічні звукові частинки, які називаються фононами. Вчені використовують надтонкий кристал, товщиною лише в кілька атомів, що створює дуже вузький канал. Коли через цей ультратонкий шлях пропускають струм на високій швидкості, електрони скидають надлишкову енергію у вигляді фононів — коливань кристалічної решітки, які в квантовій фізиці поводяться як частинки звуку.

Головний результат у тому, що ці фонони вдалося отримувати не хаотично, а в передбачуваних і керованих режимах. Для дослідників це важливий крок до фононних лазерів — систем, які можуть так само точно керувати звуком, як звичайні лазери керують світлом.

Експеримент проводять при надзвичайно низьких температурах — майже біля «абсолютного нуля», це найнижча можлива температури у природі. У таких умовах матерія поводить себе дуже впорядковано і швидше як хвиля, ніж як звичайні частини. 

Чому це цікаво

За таких умов електрони рухаються значно впорядкованіше, тому квантові ефекти видно краще. Співавтор дослідження Michael Hilke пояснює: у цьому режимі звук виникає лише тоді, коли електрони рухаються колективно зі швидкістю звуку або швидше. 

Дослідники побачили, що електрони можуть залишатися дуже «гарячими», навіть якщо кристал, в якому вони рухаються, майже охолоджений до абсолютного нуля. Це означає, що фізикам доведеться переглянути те, як саме енергія рухається всередині сучасних матеріалів. 

Що це означає 

Навчившись генерувати звук і керувати ним на квантовому рівні, вчені відкрили двері для кількох революційних технологій. Фактично, це крок до створення пристроїв, які зможуть випромінювати не світло, як звичайні лазери, а спрямований пучок звуку.

Важливо, що наш сучасний зв’язок, тобто інтернет чи радіо, працює завдяки світлу та електромагнітним хвилям, які не здатні проходити крізь воду. Звук, навпаки, чудово поширюється в океанах, тому цей пристрій, ймовірно, змінить те, як ми передаємо інформацію під водою. Також звукові хвилі є ідеальним та безпечним інструментом для дослідження людського організму та біологічних матеріалів, тож нова технологія може значно покращити медичну діагностику.