Вчені створили механічний кристал з оптичною пружиною

Міжнародна колаборація вчених знайшла спосіб впливати на коливання у фотонному кристалі за допомогою тимчасових дефектів кристалічних ґрат. Вони показали, як точково створювати дефекти з допомогою світла. Фононні кристалічні мембрани — двовимірні матеріали, здатні керувати поширенням вібрацій або звукових хвиль. Введення дефектів у такі кристали, навмисне порушення їхньої періодичної структури, може викликати появу керованих ізольованих форм вібрації. Зазвичай такі дефекти створювати складно, довго, а прибрати їх із кристала вже неможливо.

Дослідники з Канади та Швейцарії запропонували новий підхід до динамічного перепрограмування механічних систем — оптичної пружини, керованої світлом. Вони показали принцип роботи методу, створивши механічний кристал із тимчасовою оптично програмованою модою. Наукова робота опублікована в журналі Physical Review Letters. Ця група давно досліджувала можливість використовувати оптичну пружину для керування резонансом мембрани. Малий розмір резонатора і оптичного поля дозволив припустити, що можна значно зменшити область мембрани, яку впливають.

Вчені провели моделювання системи і виявили, що більші структури сильніше реагують на кожен фотон і що в принципі один фотон в оптичній системі може впливати на рух пристрою сантиметрового розміру.

Розрахунки перевірили експериментально. Досліджували мембрану фононного кристала в техніці фотолітографії, її розмір склав 3,1 міліметра. Мембрана виготовлена ​​з нітриду кремнію і виглядає як сітка гексагональної конфігурації. цієї мембрани, використовуючи високоточні напрямні, встановили всю систему на віброізолюючій платформі в ультрависокому вакуумі. Після складання та стабілізації системи вчені використовували резонатор для створення інтенсивного оптичного поля, яке чинило тиск на ділянку мембрани розміром 10 нанометрів, що грає роль пружини. Ця ділянка зачіпає рівно один шестикутник у всій мембрані.

За допомогою цієї оптичної пружини дослідники навмисно порушили періодичний візерунок мембрани, створили дефект — відтягнули частину кристала із загальної площини. Регулюючи інтенсивність лазера, вони змогли динамічно та оборотно змінювати властивості цього дефекту. Розрахунки експериментально підтвердились. Цей новий підхід до механічних дефектів відкрив можливості для створення механічних систем, що перепрограмуються. Наприклад, масиви таких дефектів можуть бути використані для програмування хвилеводів, призначених для маршрутизації механічної інформації.