Впервые продемонстрирован когерентный поток фононов

Звук, как и свет, в атомном масштабе демонстрирует корпускулярно-волновой дуализм, то есть существует как волна и как квазичастица — фонон. Значит ли это, что можно создать фононный лазер? Теоретики не могут прийти к общему мнению по этому вопросу вот уже многие годы. Недавно, проект, в котором определяющую роль сыграли исследователи из Berkeley Lab, завершился первой однозначной демонстрацией когерентного транспорта фононов.

В экспериментах под руководством Рамамурти Рамеша (Ramamoorthy Ramesh) из отдела материаловедения Berkeley Lab и Аруна Маюмдара (Arun Majumdar), вице-президента Google, наблюдался переход фононов от состояния частицы к волне в суперрешетках оксидов перовскита. Суперрешетками называют искусственные периодические структуры, образованные чередующимися слоями толщиной в несколько нанометров из двух различных полупроводников.

Для демонстрации, о которой сообщается в журнале Nature Materials, были синтезированы высококачественные суперрешетки диэлектрических оксидов перовскита на различных подложках однокристаллических оксидов. Плотность интерфейсов в этих суперрешетках систематически изменялась применением двух различных методов эпитаксиального выращивания. Теплопроводность измерялась как функция плотности интерфейса.

«Наши результаты, в целом, соответствуют теоретическим прогнозам перехода от некогерентного частицеподобного к когерентному волноподобному транспорту фононов, — утверждает Рамеш. — Мы также нашли достаточные основания, чтобы исключить возможность сторонних или ложных эффектов, способных обеспечить иное объяснение наблюдавшемуся минимуму термальной проводимости в этих суперрешетках».

Эти наблюдения открывают новые возможности для изучения волновой природы фононов, и в частности эффектов интерференции. Такие исследования будут иметь потенциальные приложения в термоэлектрике и управлении теплоотводом. Кроме того, гетероструктуры на базе перовскитных суперрешеток могут стать основой для разработки лазеров, способных испускать пучки когерентных фононов. Такие лазеры позволят улучшить технологии получения ультразвуковых изображений и найдут применение в высокоточных измерительных приборах.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365