Звукова (зверху) і електромагнітна (знизу) хвиля в нанопровіднику.
Новий спосіб взаємодії звуку і світла продемонстрували бельгійські фізики. Знайшовши спосіб утримання звукової хвилі в надтонкому кремнієвому волокні, вони спостерігали ефект інтенсивної взаємодії між звуковою і електромагнітною хвилями. Це відкриття проливає світло на принципи взаємодії між світлом і звуком в нанометрових масштабах і може знайти застосування в масових кремнієвих фотонних мікропроцесорах для управління оптичними сигналами.
Дослідники з Групи дослідження фотоніки Гентського університету і мікро- і наноелектронного наукового центру ІМЕК (IMEC, Interuniversity Microelectronics Centre) з Левена у своїй роботі спостерігали новий тип взаємодії між світлом і речовиною. Вони змогли укласти в кремнієве оптоволокно не тільки світловий потік, а й звукову хвилю. Принципи утримання електромагнітної і звукової хвиль різні: у той час як світло утримується завдяки повному внутрішньому відображенню, звукова хвиля залишається у волокні через те, що волокно розташоване на підставці спеціальної форми. Таким чином, вдалося вперше в світі укласти як світло, так і звук в єдиному хвилеводі нанометрових масштабів.
В експерименті використовувалося електромагнітне випромінювання ближнього інфрачервоного діапазону і ультразвукові хвилі з частотою 10 ГГц. Завдяки опорі крихітних розмірів, на якій покоїться волокно, звук ефективно утримується в області з площею поперечного перерізу менше 0,1 нм2.
Зумівши укласти світло і механічні коливання в структурі нанометрових розмірів, фізики змогли спостерігати передбачену раніше їх інтенсивну взаємодію. Світло виробляє звук, а звук викликає зміну кольору завдяки ефекту розсіювання Мандельштама - Діамена. Світло поширюється вздовж дроту. b - На відміну від фотонів, фонони утримуються в поперечному напрямку. Витік фононів через опору визначає час їхнього життя в 5 нс. c - Знімок скануючим електронним мікроскопом. Платина осаджена на провідник для кращої візуалізації. d - Горизонтальна компонента ультразвукової моди u спрямована вздовж електрострикційних сил (чорні стрілки) і граничного тиску випромінювання (сірі стрілки). e - Електричне поле у провіднику.
Вчені скористалися цією взаємодією для посилення окремих кольорів світлового потоку. Автори роботи передбачають, що даний досвід відкриє нові можливості для управління інформацією, що передається за допомогою світла. Наприклад, імпульси світла можуть бути перетворені на звукові імпульси і потім назад у світло - таким чином реалізуючи лінії затримки. Більш того, дослідники очікують, що подібна методика може бути застосована в ще більш мініатюрних структурах, таких як віруси або молекули ДНК. Ці об'єкти мають характерні звукові коливання, які можуть бути використані для дослідження їх структури.
