莫斯科電子與數(shù)學(xué)研究所 (MIEM HSE) 的康斯坦丁·阿魯秋諾夫教授與中國研究人員共同開發(fā)了一種基于石墨烯的機(jī)械諧振器，在這種共振器中，聲能量子（或聲子）的連貫發(fā)射被誘導(dǎo)出來。這種稱為聲子激光器的設(shè)備在信息處理以及材料的經(jīng)典和量子傳感方面具有廣泛的應(yīng)用潛力。該項(xiàng)研究發(fā)表在《光學(xué)快報(bào)》雜志上。

用于接收和記錄聲子輻射的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

使用光子類比，電磁頻譜的量子，還有聲能粒子，聲子。事實(shí)上，這些是物理學(xué)中人為引入的對象，準(zhǔn)粒子，它們對應(yīng)于物質(zhì)晶格的振動(dòng)。

某些物質(zhì)在受到照射時(shí)會(huì)發(fā)出相同波長、相位和偏振的光子。這個(gè)過程稱為受激發(fā)射，由阿爾伯特·愛因斯坦在一個(gè)多世紀(jì)前預(yù)測，是我們眾所周知的設(shè)備，激光的基礎(chǔ)。第一臺(tái)激光器大約在 60 年前制造出來，它們已經(jīng)在我們生活的各個(gè)領(lǐng)域中牢牢地扎根。

一個(gè)類似的過程，包括發(fā)射“相同”的聲子，是一種類似地稱為聲子激光器或 saser 的設(shè)備的基礎(chǔ)。事實(shí)上，它與激光是同時(shí)被預(yù)測的，但在很長一段時(shí)間內(nèi)只開發(fā)了少數(shù)實(shí)驗(yàn)性實(shí)現(xiàn)，并且沒有一個(gè)在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

在過去的十年中，鎂離子、半導(dǎo)體、具有微腔的復(fù)合系統(tǒng)、機(jī)電諧振器、納米粒子以及許多其他物質(zhì)和系統(tǒng)已被用作聲子激光器的活性介質(zhì)。與之前的研究不同，本研究使用石墨烯來產(chǎn)生相干聲學(xué)激發(fā)。由于石墨烯的獨(dú)特性質(zhì)，這種諧振器有可能被廣泛使用。

石墨烯諧振器是通過微光刻技術(shù)生產(chǎn)的：將感光聚合物薄膜沉積在硅基板上。使用紫外光，在基板上“繪制”某種結(jié)構(gòu)，隨后通過等離子體處理形成重復(fù)的微腔系統(tǒng)。處理過的基板覆蓋有一層石墨烯，這個(gè)“鼓”系統(tǒng)就像一個(gè)諧振器，即如果外部振動(dòng)以特定頻率產(chǎn)生，它就會(huì)放大外部振動(dòng)。

如果用特定波長的激光照射這樣的“鼓”，光子會(huì)在硅背襯和石墨烯之間反復(fù)反射，從而形成光學(xué)腔，在那里產(chǎn)生適當(dāng)頻率的機(jī)械振動(dòng)。

通過實(shí)驗(yàn)，我們研究了一種納米結(jié)構(gòu)，它是一種由單原子碳層或石墨烯制成的固定膜。原子或聲子的振動(dòng)通過暴露于外部光輻射而在其中被激活，Konstantin Arutyunov 說，這項(xiàng)研究有望繼續(xù)進(jìn)行，因?yàn)樗鼘Τ�小物體的物理學(xué)具有相當(dāng)大的興趣，并且有可能創(chuàng)造出新一代的量子光機(jī)械傳感器和換能器。

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