Styring af akustisk transport i hypersoniske krystaller

Center for Nanoscale Materials-brugere fra Toyota Research Institute of North America, arbejder med CNM's Nanophotonics Group, har fastslået, at bulkkohærente akustiske vibrationer dæmpes kraftigt ved spredning fra radialt justerede nanostørrelsesporer i hypersoniske krystaller af tætpakket kolloid silica. Overfladeakustiske tilstande er meget mindre påvirket, foreslår nye måder at manipulere termisk transport via fononudbredelseskontrol.

Hypersoniske krystaller har periodiske strukturer i nanometerområdet og kan sammenhængende sprede både synligt lys (fotoner) og elastiske bølger (fononer). hvilket gør dem til en samtidig fotonisk og fononisk krystal. Dette arbejde giver indsigt i, hvordan man bedre kan forstå, hvordan porøsitet vil påvirke de akusto-optiske egenskaber af de hypersoniske krystaller og udnytte deres muligheder for overfladebølgelederanvendelser.

Nedbrydningen af ​​de akustiske vibrationer blev overvåget ved ultrahurtig pumpe-probe spektroskopi ved CNM. Når den foniske krystal begynder at vibrere efter optisk excitation med en ultrahurtig puls, vibrationerne modulerer fononbåndgabet og ændrer periodisk den udbredende fononenergi. Konventionelle silica nanokrystaller viser ikke forbedrede dæmpningseffekter. To typer kohærente akustiske tilstande blev observeret, den udbredte massetilstand og den lokaliserede overfladetilstand. Porøse strukturer viste forskellige effekter på forskellige vibrationsmåder. Mens bulk-tilstanden er kraftigt dæmpet på grund af spredningen fra porerne i nanostørrelse, overfladetilstanden er meget mindre påvirket. En motivation for dette arbejde var som et middel til at manipulere/kontrollere termisk transport via kontrol af fononudbredelse. Mere specifikt, når den "foniske" krystal begynder at vibrere efter optisk excitation med en ultrahurtig puls, vibrationerne modulerer fononbåndgabet og ændrer periodisk fononenergien, der kan forplante sig i krystallen (hvor krystal =de selvsamlede nanopartikler).