Международная группа исследователей разработала метод управления колебаниями в фотонном кристалле при помощи искусственных дефектов кристаллической структуры. Ученые продемонстрировали возможность локального формирования дефектов с использованием светового излучения.
Фонные кристаллические мембраны — двумерные материалы, контролирующие распространение колебаний или звуковых волн. Введение дефектов в кристаллы, то есть преднамеренное нарушение их периодической структуры, может вызвать появление управляемых изолированных форм вибрации.
Создание таких дефектов обычно сложное и длительное, а удаление их из кристалла не представляется возможным.
Учёные из Канады и Швейцарии представили новый способ динамического перепрограммирования механических систем — светоуправляемую оптическую пружину. опубликована в журнале Physical Review Letters.
Группа уже продолжительное время изучает применение оптической пружины для регулировки резонанса мембраны. Небольшие размеры резонатора и оптического поля дали основание полагать, что площадь мембраны, подвергающейся воздействию, может быть значительно сокращена.
Моделирование системы показало, что большие конструкции больше реагируют на каждый фотон. В оптической системе один фотон способен оказать измеримое воздействие на перемещение объекта размером в несколько сантиметров.
Экспериментально подтвердили расчеты. Изучили мембрану фононного кристалла с помощью фотолитографии, размер её составил 3,3 на 3,1 миллиметра. Мембрана изготовленаИз нитрида кремния и напоминает сетку гексагональной конфигурации. Затем исследователи выровняли оптоволоконный резонатор — два близко расположенных среза оптоволокна — возле центра этой мембраны, применяя высокоточную направляющую систему, установили всю конструкцию на платформе с виброизоляцией в ультравысоком вакууме.
После сборки и стабилизации системы учёные применили резонатор для формирования мощного оптического поля, которое воздействовало на участок мембраны размером 10 нанометров, функционирующий как пружина. Этот участок коснулся ровно одного шестиугольника по всей мембране.
Оптической пружиной исследователи искусственно нарушили периодичность узора мембраны, сформировав дефект: отделили часть кристалла от плоскости. Настраивая мощность лазера, удалось динамически и обратимо изменять свойства этого дефекта. Расчёты соответствовали экспериментальным результатам.
Этот новый взгляд на механические неисправности открылСуществуют возможности для разработки перезаписываемых механических систем. К примеру, скопления подобных дефектов можно применить для настройки волноводов, обеспечивающих направленную передачу механической информации.