Quantum dots visualiserer små vibrationsresonanser

I slutningen af ​​1700 -tallet, Ernst Chladni, en videnskabsmand og musiker, opdagede, at vibrationer fra en stiv plade kunne visualiseres ved at dække den med et tyndt lag sand og tegne en sløjfe hen over kanten. Med buens bevægelse, sandet hopper og skifter, samler sig langs vibrationens nodal linjer. Chladnis opdagelse af disse mønstre gav ham tilnavnet, "far til akustik." Hans opdagelse bruges stadig til design og konstruktion af akustiske instrumenter, såsom guitarer og violiner.

For nylig, efterforskere har opdaget en lignende virkning med meget mindre vibrerende genstande, der er begejstret af lysbølger. Når laserlys bruges til at drive tyndens bevægelse, stiv membran, den spiller buens rolle i Chladnis originale eksperiment, og membranen vibrerer i resonans med lyset. De resulterende mønstre kan visualiseres gennem en række kvantepunkter (QD'er), hvor disse bittesmå strukturer udsender lys med en frekvens, der reagerer på bevægelse. Forskuddet er rapporteret i denne uge i en forsideartikel af Anvendt fysik bogstaver .

Ud over at være et moderne bud på et gammelt fænomen, den nye opdagelse kan føre til udvikling af sanseapparater samt metoder til styring af emissionskarakteristika for QD'er. Da lysfrekvensen udsendt af QD'erne er korreleret med bevægelsen af ​​den underliggende membran, nye enheder til at registrere bevægelse, såsom accelerometre, kan forestilles. En omvendt anvendelse er også mulig, da bevægelsen af ​​den underliggende membran kan bruges til at styre frekvensen af ​​lys, der udsendes af QD'erne.

De små enheder i arbejdet, der er rapporteret her, består af en 180-nanometer tyk skive halvleder, ophængt som en trampolin over et fast underlag. En række QD'er, analog med sandet i det akustiske eksempel, er indlejret i skiven, hvis tykkelse er mindre end en tiendedel af en procent tykkelsen af ​​et menneskehår.

En anden sondelaser bruges til at visualisere de resulterende resonanser. QD'erne absorberer sondelyset og udsender en anden lyspuls som reaktion, som hentes af en detektor og dirigeres til et display. De resulterende mønstre ligner bemærkelsesværdigt dem, der blev visualiseret i Chladnis originale akustiske eksperiment, selvom den nye enhed udelukkende drives af lys.

En mulig anvendelse af denne opdagelse, ifølge Sam Carter fra Naval Research Lab, der er en af ​​papirets forfattere, er at fornemme subtile kræfter produceret af tætte tætte genstande. "Skjulte nukleare materialer kan påvises, " han sagde, "da tætte materialer som bly bruges til at afskærme enhederne."

Den meget tætte afskærmning, der er nødvendig for nukleare materialer, forårsager små gravitationsanomalier og små bevægelser, der kan påvises af en enhed baseret på det princip, der blev opdaget her. Efterforskerne planlægger at fortsætte deres arbejde ved at se på elektronisk spin. Det håbes, at teknikker til måling af effekten på spin vil øge enhedernes følsomhed.