Разработаны новые методы детектирования фононов

Изучение коротковолновых фононов - квантов колебаний кристаллической решетки с длиной волны близкой к расстоянию между соседними атомами - имеет большое значение для исследований теплопроводности и других свойств кристаллов. Однако обнаружение таких колебаний - не простая задача.

Способы детектирования фононов, как правило, базируются на взаимодействии этих квазичастиц со световым излучением. Но в случае с фононами с длинами волн меньше, чем у видимого света, подобные методы становятся неэффективными.

Две группы американских ученых предложили новые методы обнаружения коротковолновых фононов. Статьи с описаниями их работ опубликованы в июльских выпусках Physical Review Letters.

Мариано Триго (Mariano Trigo) из Мичиганского университета в Анн-Арбор и его коллеги воздействовали фемтосекундными лазерными импульсами на кристаллическую сверхрешетку из двух материалов - арсенида индия-галлия и арсенида индия-алюминия. Это приводило к генерации когерентных акустических фононов, передвигающихся в лежащий ниже "субстрат" из фосфида галлия. Фононы искажали атомную структуру субстрата, что было детектировано с помощью метода рентгеноструктурного анализа.

Эван Рид (Evan Reed) из Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса в Калифорнии с группой исследователей использовали компьютерное моделирование. Они имитировали короткие мощные лазерные импульсы, вызывающие ударные волны в кристаллической гетероструктуре из нитрида галлия и нитрида алюминия. Из-за различия пьезоэлектрических откликов двух разных материалов движение коротковолновых фононов на границе кристаллов вызывало электрический ток, регистрируемый сенсором.

Разработанные методы детектирования фононов с длиной волны сравнимой с периодом кристаллической решетки, могут быть использованы в исследованиях кристаллов, наноструктур и тонкопленочных материалов.