Изследователи от Университета Макгил в Канада са разработили ново квантово устройство, което генерира миниатюрни частици, подобни на звук, наречени фонони при температури, които само малко надвишават абсолютната нула. Това постижение може да помогне да се проправи пътят към фононните лазери – технология с потенциално приложение в областта на комуникациите, медицинската диагностика и съвременните сензори.

„Съвременните комуникации до голяма степен се основават на светлината, включително електромагнитни вълни и електрически токове. В среда като океана звукът може да се разпространява, докато светлината и електрическите токове – не. В човешкото тяло звуковите вълни също могат да бъдат полезен инструмент.“

каза Майкъл Хилк, доцент по физика и съавтор на изследването

Екипът създаде устройство, използвайки двуизмерен кристал, който ограничава електроните в канал с ширина от само няколко атома. Когато електрическият ток прокарва електроните през този свръхтънък път с високи скорости, електроните освобождават излишната си енергия под формата на импулси от звукоподобни вибрации, известни като фонони. Изследователите са установили, че тези фонони могат да се генерират в предсказуеми и контролирани режими, което представлява важна стъпка към създаването на практични устройства, които разчитат на прецизно манипулиране на звука на квантово ниво.

Експериментите бяха проведени при температури от около 10 до 3,9 Келвина. При такива екстремно ниски температури електроните се държат много по-упорядочено, което улеснява наблюдението на квантови явления, при които материята се държи като вълни, а не като обикновени частици.

„При температури, близки до абсолютната нула, тоест в света на квантовата физика не се създава звук, освен ако електроните не се движат колективно със скоростта на звука или по-бързо. В по-ранни изследвания бяха наблюдавани свързани ефекти, когато скоростта на електроните се доближаваше до звуковата бариера. Нашето изследване отива по-далеч, като извежда системата далеч отвъд тази точка и показва, че съществуващите теории се нуждаят от преразглеждане, като се има предвид, че електроните могат да бъдат много „горещи“, дори ако кристалният носител се намира близо до абсолютната нула.“

обясни Хилк

Следващият етап от изследването ще бъде посветен на създаването на устройство от други материали, включително графен, което може да му позволи да работи с още по-високи скорости. Според Хилк бъдещите версии на технологията могат да допринесат за създаването на по-бързи комуникационни системи, по-чувствителни инструменти за откриване, подобрени методи за изследване на биологични материали и авангардни медицински технологии.

„Фононите са трудни за генериране и контролирано използване, затова изследваме нови режими. В широк смисъл става въпрос за това как електрическият ток и енергията се движат и преобразуват вътре в авангардните електронни материали.“

каза той