Луч звука: Акустический лазер
«Сазер» — звуковой аналог лазера, создающий унифицированные «лучи» звуковых волн. По мнению создателей устройства, английского профессора Энтони Кента (Anthony Kent) и Бориса Главина, его коллеги из украинского Института физики полупроводников имени Лашкарева, оно может стать почти столь же значимым для технологий 21-го века, как стал лазер для технологий века 20-го. Он может найти применение в будущих компьютерах, системах отображения изображений и даже в защите от террористических атак. Впрочем, обо всем по порядку.
Лазер создает пучки излучения, которое характеризуется монохроматичностью (все входящие в него волны имеют строго одинаковую длину волны) и когерентностью (все волны колеблются в одинаковой фазе, одновременно достигают максимума и минимума). Разные типы лазеров работают на разных длинах волн, создавая лучи в микроволновом, ультрафиолетовом, видимом, инфракрасном, рентгеновском диапазонах. Но в любом случае они работают с электромагнитными волнами, а значит — с составляющими их элементарными частицами-фотонами.
В отличие от них, для «сазера» (saser, соединение sound и laser — дальше мы будем писать это слово без кавычек) частицами служат фононы, своего рода кванты вибрационного движения. Напомним, что звук представляет собой вибрацию воздуха, проходящую через него продольную волну.
Упорядоченный поток фононов образуется и усиливается при прохождении через микроскопическую ячеистую структуру, состоящую из примерно 50-ти очень тонких (в несколько атомов шириной) полупроводниковых слоев — арсенида галлия, чередующегося с арсенидом алюминия. Фонон, попадая в эту структуру, стимулируется внешним источником энергии (световым пучком) и, снова и снова отражаясь от слоев полупроводника, создает новые синхронизированные фононы, пока не покинет ее в виде высокочастотного когерентного звукового «луча». Пучок этот колеблется с терагерцовой частотой, соответственно, длина его волны имеет нанометровый порядок.
Такой полупроводниковый «бутерброд» может использоваться не только для создания упорядоченной звуковой волны, но и для манипуляции ею, и для ее детектирования, что и дает устройству массу возможных применений. К примеру, его можно использовать для «просвечивания» материалов в поисках дефектов, размеры которых сравнимы с длиной волны — то есть, на нанометровом уровне. Это крайне полезно для работы с современными миниатюрными микросхемами. Кроме того, воздействие таких высокочастотных колебаний может менять электрические свойства наноструктур, а значит, сазер найдет применение в компьютерах будущего.
Сам Энтони Кент говорит: «Хотя работа над сазером была вдохновлена скорее научным, чем практическим интересом, я чувствую, что технология эта имеет все шансы совершить революцию в области акустики, такую же, какую совершили лазеры в оптике за 50 лет с момента их открытия». К его словам стоит прислушаться: ученые уже получили грант на развитие своей технологии, и внушительная сумма в 636 тыс. фунтов стерлингов может свидетельствовать о том, что и другие специалисты считают ее весьма и весьма перспективной.
Читайте также о том, как ученые создали звуковую «черную дыру»: «Без звука».
По пресс-релизу University of Nottingham
