Sem eletrônica e fotônica, não haveria computadores, smartphones, sensores, ou tecnologias de informação e comunicação. Nos próximos anos, o novo campo da fonônica pode expandir ainda mais essas opções. Esse campo está preocupado com a compreensão e controle das vibrações da rede (fônons) em sólidos. A fim de realizar dispositivos fonônicos, Contudo, as vibrações da rede devem ser controladas com a mesma precisão normalmente realizada no caso de elétrons ou fótons.

Cyrstals fonônicos

O bloco de construção chave para tal dispositivo é um cristal fonônico, uma estrutura fabricada artificialmente em que propriedades como rigidez, massa ou tensão mecânica variam periodicamente. Dispositivos fonônicos são usados ​​como guias de ondas acústicas, lentes de fonon, e escudos de vibração e podem realizar Qubits mecânicos no futuro. Contudo, até agora, esses sistemas operavam em frequências vibracionais fixas. Não foi possível alterar seus modos vibracionais de forma controlada.

Padrão de orifícios periódicos em grafeno

Agora, pela primeira vez, uma equipe da Freie Universität Berlin e HZB demonstrou esse controle. Eles usaram grafeno, uma forma de carbono na qual os átomos de carbono se interconectam bidimensionalmente para formar uma estrutura plana em favo de mel. Usando um feixe focalizado de íons de hélio, a equipe foi capaz de cortar um padrão periódico de buracos no grafeno. Este método está disponível no CoreLab CCMS (Correlative Microscopy and Spectroscopy). "Tivemos que otimizar muito o processo para cortar um padrão regular de orifícios na superfície do grafeno sem tocar nos orifícios vizinhos, "Dra. Katja Höflich, líder do grupo Ferdinand-Braun-Institut Berlin e cientista convidado do HZB, explica.

Bandgap e sintonia

Jan N. Kirchhof, primeiro autor do estudo agora publicado em Nano Letras , calculou as propriedades vibracionais deste cristal fonônico. Suas simulações mostram que em uma certa faixa de frequência nenhum modo vibracional é permitido. Análogos à estrutura de banda eletrônica em sólidos, esta região é uma lacuna de banda mecânica. Este intervalo de banda pode ser usado para localizar modos individuais para protegê-los do ambiente. O que há de especial aqui:"A simulação mostra que podemos sintonizar o sistema fonônico de forma rápida e seletiva, de 50 megahertz a 217 megahertz, via pressão mecânica aplicada, induzido por uma tensão de porta ", diz Jan Kirchhof.

Aplicações futuras

"Esperamos que nossos resultados impulsionem o campo da fonônica. Esperamos descobrir algumas físicas fundamentais e desenvolver tecnologias que possam levar à aplicação em, por exemplo, fotossensores ultrassensíveis ou mesmo tecnologias quânticas, "explica o Prof. Kirill Bolotin, chefe do grupo de trabalho FU. Os primeiros experimentos com os novos cristais fonônicos do HZB já estão em andamento em seu grupo.