Professor Konstantin Arutyunov do Instituto de Eletrônica e Matemática HSE Tikhonov de Moscou (MIEM HSE), junto com pesquisadores chineses, desenvolveu um ressonador mecânico baseado em grafeno, em que emissão coerente de quanta de energia sonora, ou fonões, foi induzida. Esses dispositivos, chamados lasers de fônon, têm amplo potencial de aplicação no processamento de informações, bem como detecção clássica e quântica de materiais. O estudo está publicado na revista Optics Express .

Usando uma analogia com fótons, quanta do espectro eletromagnético, também existem partículas de energia sonora, fonons. Na verdade, estes são objetos introduzidos artificialmente na física - quase-partículas, que correspondem às vibrações da estrutura cristalina da matéria.

Algumas substâncias, quando irradiado, emitem fótons do mesmo comprimento de onda, Estágio, e polarização. Este processo, chamada emissão estimulada, foi previsto por Albert Einstein há mais de um século e é a base do dispositivo que todos conhecemos - o laser. Os primeiros lasers foram construídos há cerca de sessenta anos, e eles se tornaram firmemente estabelecidos em nossas vidas em vários campos.

Um processo semelhante, envolvendo a emissão de fônons 'idênticos', está subjacente a um dispositivo chamado, por analogia, um fonon laser, ou saser. Na verdade, foi previsto ao mesmo tempo que os lasers, mas apenas algumas realizações experimentais foram desenvolvidas ao longo de um longo período de tempo, e nenhum deles foi amplamente utilizado na indústria.

Íons de magnésio, semicondutores, sistemas compostos com microcavidades, ressonadores eletromecânicos, nanopartículas, e muitas outras substâncias e sistemas foram usados ​​como meio ativo para lasers de fônons na última década. Ao contrário de estudos anteriores, o presente estudo usou o grafeno para criar excitações acústicas coerentes. Devido às propriedades únicas do grafeno, tais ressonadores podem ser amplamente usados.

O ressonador de grafeno foi produzido por microlitografia:um filme de polímero fotossensível é depositado sobre um substrato de silício. Usando luz ultravioleta, uma certa estrutura é 'desenhada' no substrato, que subsequentemente permite a formação de um sistema repetitivo de microcavidades por meio de tratamento com plasma. O substrato tratado é coberto com uma camada de grafeno, e este sistema de 'tambores' se comporta como um ressonador, ou seja, amplifica as vibrações externas se forem geradas com uma certa frequência.

Se tal 'tambor' for irradiado com luz laser em um comprimento de onda específico, os fótons são refletidos repetidamente entre o suporte de silício e o grafeno, formando assim cavidades ópticas onde vibrações mecânicas de frequência apropriada são produzidas.

"Experimentalmente, examinamos uma nanoestrutura, que é uma membrana fixa feita de uma camada monoatômica de carbono, ou um grafeno. Vibrações de átomos, ou fonões, foram ativados nele por meio da exposição à radiação óptica externa, "diz Arutyunov." Espera-se que a pesquisa continue, pois é de considerável interesse tanto para a física de objetos ultrapequenos e tem o potencial de criar uma nova geração de sensores e transdutores optomecânicos quânticos. "