Спин-акустика: акустическая волна заставляет электроны вращаться

Группа немецких и американских исследователей из Аугсбурга, Мюнстера, Эдмонтона, Западного Лафайета и Мюнхена обнаружила катящееся движение наноакустической волны, предсказанное известным физиком и лауреатом Нобелевской премии лордом Рэли в 1885 году. журнал «Достижения науки», исследователи используют нанопроволоку, внутри которой электроны вынуждены двигаться по круговым траекториям вращением акустической волны. Это явление может найти применение в акустических квантовых технологиях или в так называемых фононных компонентах, которые используются для управления распространением акустических волн.


Акустические волны невероятно универсальны в современной нанофизике, поскольку они могут влиять как на электронные, так и на фотонные системы. Например, мельчайшие микроакустические чипы в компьютерах, смартфонах или планшетах обеспечивают электронную обработку принимаемых беспроводных сигналов. Однако, несмотря на широкое применение наноакустических волн, фундаментальное свойство спина наноакустической волны до сих пор не было обнаружено.

«Со времени новаторской работы лорда Рэлея стало известно, что существуют акустические волны, которые распространяются по поверхности твердых тел и демонстрируют очень характерное эллиптическое качение», – объясняет доктор Хуберт Креннер, профессор физики, возглавлявший исследование в университете. из Аугсбурга и недавно переехала в Мюнстерский университет. «В случае наноакустических волн нам теперь удалось непосредственно наблюдать это поперечное вращение, которое мы, физики, называем этим движением».

В своем исследовании исследователи использовали очень тонкую нанопроволоку, которую поместили на так называемый пьезоэлектрический материал – ниобат лития. Этот материал деформируется под действием электрического тока, и с помощью небольших металлических электродов на материале может создаваться акустическая волна. На поверхности материала акустическая волна генерирует эллиптически вращающееся (вращающееся) электрическое поле. Это, в свою очередь, заставляет электроны в нанопроволоке двигаться по круговому пути. Профессор Зубин Джейкоб из Университета Пердью очень доволен результатом. «До сих пор мы знали об этом явлении для света, – говорит он. – Теперь нам удалось продемонстрировать, что это универсальный эффект, который также проявляется в других типах волн, таких как звуковые волны, на технологически важной платформе – ниобате лития. “

Представленные результаты исследований являются важной вехой, поскольку впервые наблюдаемое поперечное вращение можно использовать специально для управления наносистемами или передачи информации. Как объясняет Максимилиан Зоннер, аспирант Института физики в Аугсбурге, «мы наблюдаем движение электронов в нанопроволоках, которые были созданы в Техническом университете Мюнхена, через свет, излучаемый электронами». Его коллега доктор Лиза Янкер добавляет: «Здесь мы используем чрезвычайно быстрый стробоскоп, который позволяет нам практически наблюдать это движение в реальном времени – даже на более высоких частотах вплоть до гигагерцового диапазона».

Доктор Фархад Хосрави, недавно получивший степень доктора философии в исследовательской группе Зубина Джейкоба, говорит: «Я смог перенести свои расчеты для света непосредственно на акустическую волну Рэлея. Уже давно известно, что световые и звуковые волны имеют подобные свойства. Тем не менее, степень совпадения их спиновых свойств действительно феноменальна ».

Исследователи убеждены, что универсальный принцип спиновой физики, лежащий в основе этого явления, приведет к важным технологическим достижениям. «Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, – это всего лишь первый шаг, но решающий», – говорит Хуберт Креннер. В настоящее время исследователи прилагают все усилия, чтобы связать поперечный спин акустических волн со вращением других волн. «Что нам нужно сделать дальше, – говорит Зубин Джейкоб, – это использовать это поперечное акустическое вращение специально для того, чтобы управлять оптическими квантовыми системами или, например, вращением света».

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments