Nye færdigheder inden for grafen:Justerbare gittervibrationer

Uden elektronik og fotonik, der ville ikke være nogen computere, smartphones, sensorer, eller informations- og kommunikationsteknologier. I de kommende år, det nye felt inden for fononik kan udvide disse muligheder yderligere. Det felt handler om at forstå og kontrollere gittervibrationer (fononer) i faste stoffer. For at realisere foniske enheder, imidlertid, Gittervibrationer skal kontrolleres så præcist som det normalt er muligt i tilfælde af elektroner eller fotoner.

Foniske krystaller

Nøglebyggestenen til en sådan enhed er en fononisk krystal, en kunstigt fremstillet struktur, hvor egenskaber som stivhed, masse eller mekanisk belastning varierer periodisk. Foniske enheder bruges som akustiske bølgeledere, fonon linser, og vibrationsskærme og kan realisere mekaniske Qubits i fremtiden. Imidlertid, indtil nu, disse systemer opererede ved faste vibrationsfrekvenser. Det var ikke muligt at ændre deres vibrationstilstande på en kontrolleret måde.

Periodisk hulmønster i grafen

Nu, for første gang, et hold ved Freie Universität Berlin og HZB har demonstreret denne kontrol. De brugte grafen, en form for kulstof, hvor kulstofatomerne forbindes todimensionelt for at danne en flad bikagestruktur. Ved hjælp af en fokuseret stråle af heliumioner, holdet var i stand til at skære et periodisk mønster af huller i grafen. Denne metode er tilgængelig på CoreLab CCMS (Korrelativ mikroskopi og spektroskopi). "Vi var nødt til at optimere processen meget for at skære et regulært mønster af huller i grafenoverfladen uden at røre ved nabohuller, "Dr. Katja Höflich, gruppeleder ved Ferdinand-Braun-Institut Berlin og gæsteforsker ved HZB, forklarer.

Båndgab og tunbarhed

Jan N. Kirchhof, første forfatter til undersøgelsen nu offentliggjort i Nano bogstaver , beregnet vibrationsegenskaberne for denne foniske krystal. Hans simuleringer viser, at i et bestemt frekvensområde er ingen vibrationstilstande tilladt. Analoger til den elektroniske båndstruktur i faste stoffer, dette område er et mekanisk båndgab. Dette båndgab kan bruges til at lokalisere individuelle tilstande for at beskytte dem mod miljøet. Hvad er specielt her:"Simuleringen viser, at vi kan tune det foniske system hurtigt og selektivt, fra 50 megahertz til 217 megahertz, via påført mekanisk tryk, induceret af en gate-spænding." siger Jan Kirchhof.

Fremtidige ansøgninger

"Vi håber, at vores resultater vil skubbe fononikken yderligere. Vi forventer at opdage nogle grundlæggende fysik og udvikle teknologier, der kan føre til anvendelse i f.eks. ultrafølsomme fotosensorer eller endda kvanteteknologier, " forklarer prof. Kirill Bolotin, leder af FU-arbejdsgruppen. De første eksperimenter med de nye fononiske krystaller fra HZB er allerede i gang i hans gruppe.