p Os físicos do AMOLF fizeram com que as vibrações mecânicas em um chip se comportassem como se fossem correntes elétricas fluindo em um campo magnético. Por causa de sua carga, elétrons são influenciados por campos magnéticos, que curvam suas trajetórias. As ondas sonoras ou mais precisamente as vibrações mecânicas em propagação não sentem um campo magnético, porque eles não carregam. Ao iluminar cordas com luz laser, os pesquisadores descobriram uma maneira de fazer as vibrações mecânicas saltarem de uma corda em nanoescala para outra. Assim, essas vibrações se comportam como elétrons em um campo magnético. Isso abre novas maneiras de manipular as ondas sonoras e as informações que elas podem transportar nos chips. Eles publicam suas descobertas em Nature Nanotechnology em 3 de fevereiro de 2020. p Os campos magnéticos são indispensáveis ​​no controle de partículas carregadas, por exemplo, em motores elétricos e aceleradores de partículas, e é famosa a introdução de muitos fenômenos únicos nos materiais. Eles influenciam a trajetória das cargas:um elétron que se propaga ao longo de um caminho em um campo magnético não percorrerá o mesmo caminho se for enviado na direção oposta. Através disso, campos magnéticos desbloqueiam um controle exótico de elétrons em nanoescala. "Para muitas aplicações, seria útil controlar as vibrações ou ondas sonoras de maneira semelhante, quebrando sua simetria de propagação usual, "diz Ewold Verhagen, que lidera o grupo de Forças Fotônicas no AMOLF. "Contudo, isso é desafiador, porque as vibrações mecânicas não carregam carga, o que os torna invisíveis às forças magnéticas. "

p Acoplamento leve das cordas em uma guitarra nano

p Verhagen e os membros de seu grupo John Mathew e Javier del Pino contornaram esse problema com duas cordas de silício em escala nanométrica, cada uma vibrando em uma frequência diferente. Essas cordas normalmente seriam incapazes de assumir as vibrações umas das outras, mas sua interação com a luz laser resolve. Verhagen:"Nessas escalas de comprimento muito pequenas, os fótons interagem com a nanoestring por meio de uma força chamada pressão de radiação, que é proporcional à intensidade da luz. As vibrações na corda podem alterar ligeiramente a intensidade da luz. Com duas cordas iluminadas por um laser, vibrações na primeira corda influenciam a pressão de radiação exercida na segunda corda. Se a frequência estiver certa, isso faz com que a segunda corda vibre também. "

Simulando um campo magnético

p Como as cordas usadas aqui vibram em frequências diferentes, o verdadeiro truque está no feixe de laser que os ilumina. Este não é qualquer laser, mas um feixe de laser cuja intensidade é cuidadosamente modulada em uma frequência que corresponde exatamente à diferença de frequência das duas cordas. Assim, a frequência de modulação adicionada à vibração da primeira corda corresponde exatamente à frequência da segunda corda.

p "Isso significa que uma vibração da primeira corda pode ser transferida para a segunda corda, embora tenham tons muito diferentes. E faz isso com um pequeno atraso de tempo (fase) ", diz Verhagen. "Do mesmo jeito, se 'puxarmos' a segunda corda, suas vibrações também podem ser transferidas para a primeira corda. Nesse caso, Contudo, o atraso de tempo é negativo. Assim, o transporte de vibração é diferente em direções opostas. "

p Isso significa que a simetria normalmente encontrada na propagação de vibrações mecânicas (ou seja, som) foi quebrada, que é o mesmo que acontece com um elétron em um campo magnético forte. Verhagen:"Na verdade, estamos simulando um campo magnético para as partículas sem carga - fônons - que formam uma onda sonora. Somos os primeiros a fazer isso em uma configuração em nanoescala."

Som sem eco

p Um 'campo magnético' para o som acabaria por oferecer possibilidades infinitas para ressonadores em nanoescala. "Imaginamos a criação de todos os tipos de ondas acústicas exóticas em circuitos em nanoescala orquestrados pela luz, "Verhagen diz com entusiasmo." Como uma rota de mão única para som com vibrações que não podem ecoar de volta. Ou mesmo um som equivalente para isoladores topológicos, com um material a granel impenetrável para sons e vibrações que são transferidos apenas nas bordas. Ressonadores nanomecânicos são cada vez mais usados ​​como sensores e para processar sinais em telefones celulares. Novas maneiras de controlá-los, portanto, têm perspectivas interessantes de funcionalidade aprimorada de tais dispositivos. Mas mais importante, nossos resultados são relevantes para uma compreensão fundamental das ondas sonoras. A descoberta de como os elétrons se comportam em um campo magnético levou a várias descobertas ganhadoras do Prêmio Nobel, como o efeito Quantum Hall, e está subjacente a propriedades especiais de partículas de grafeno e Majorana. Quem sabe que comportamento fascinante do som um campo magnético pode ajudar a revelar no futuro próximo. "