Valon ja äänen vuorovaikutusta

Belgialaisten Gentin yliopiston ja IMEC:in tutkijat ovat osoittaneensa valon ja äänen eli fononien vuorovaikutusta nanomittaisilla aloilla.

Viime vuosikymmenillä piifotoniikan ala on saanut yhä enemmän huomiota avaintekijänä lab-on-a-chip bioanturisirujen ja elektroniikkaa nopeamman sirujen välisen viestinnän kehitykselle.

Piin fotonijohteissa valo liikkuu piissä hitaammin kuin ympäröivässä ilmassa ja lasissa, jolloin valo loukkuuntuu heijastusilmiön johdosta johteen sisälle. Ongelma on, että valonsädettä ei voi helposti muuttaa ominaisuudesta toiseen.

Nyt tutkijat onnistuivat myös kuuntelemaan piinanolankojen ääntä. Toisin kuin valo, ääni liikkuu nopeammin piin ytimessä kuin ympäröivässä ilmassa tai lasissa. Niinpä tutkijat muokkasivat rakennetta niin, että värähtelyaallot eivät pakene ytimestä vaan heijastuisivat takaisin.

Näin he rajoittivat sekä valon että äänen samaan nanomittakaavan aaltoputken ytimeen – ensimmäistä kertaa maailmassa. Tämä valon ja aineen vuorovaikutus mahdollistaa joidenkin fotonien hallita toisia fotoneja.

Teknisesti tutkijat osoittivat jättimäisen päällekkäisyyden lähi-infrapunan valon ja gigahertsien äänen paikallistumisen pieniytimisessä piilangassa. Lanka on tuettu pienillä pilareilla, jotka estävät fononien vuodon, loukuttaen 10 GHz hilavärähtelyt alle 0,1 neliömikrometrin alueelle.

Pienelle alalle loukutettu valo ja värähtelyt vaikuttavat vahvasti toisiinsa: valo luo ääniä ja ääni siirtää valon väriä stimuloidulla Brillouinin hajontaprosessilla.

Tutkijat hyödyntävät vuorovaikutusta vahvistamaan tiettyjä valon värejä. He arvioivat, että tämä esitys avaa uusia tapoja manipuloida optista informaatiota.

Esimerkiksi valopulssit voidaan muuntaa äänipulsseiksi ja takaisin valoksi - toteuttaen siten kaivattuja viivelinjoja. Tutkijat myös odottavat, että menetelmiä voidaan soveltaa jopa viruksiin ja DNA:han. Näillä hiukkasilla on ainutlaatuiset akustiset värähtelyt, joita voidaan käyttää tutkittaessa niiden globaalista rakennetta.