Vibrations de réseau accordables – Technoguide

Sans électronique et photonique, il n’y aurait pas d’ordinateurs, de smartphones, de capteurs ou de technologies de l’information et de la communication. Dans les années à venir, le nouveau domaine de la phononique pourrait encore élargir ces options. Ce domaine concerne la compréhension et le contrôle des vibrations du réseau (phonons) dans les solides. Afin de réaliser des dispositifs phononiques, cependant, les vibrations du réseau doivent être contrôlées aussi précisément que cela est couramment réalisé dans le cas des électrons ou des photons.

Cyrstaux phononiques

Le bloc de construction clé pour un tel dispositif est un cristal phononique, une structure fabriquée artificiellement dans laquelle des propriétés telles que la rigidité, la masse ou la contrainte mécanique varient périodiquement. Les dispositifs phononiques sont utilisés comme guides d’ondes acoustiques, lentilles phonon et boucliers anti-vibrations et peuvent réaliser des Qubits mécaniques à l’avenir. Cependant, jusqu’à présent, ces systèmes fonctionnaient à des fréquences vibratoires fixes. Il n’était pas possible de modifier leurs modes vibratoires de manière contrôlée.

Modèle de trou périodique dans le graphène

Maintenant, pour la première fois, une équipe de la Freie Universität Berlin et de HZB a démontré ce contrôle. Ils ont utilisé du graphène, une forme de carbone dans laquelle les atomes de carbone s’interconnectent en deux dimensions pour former une structure plate en nid d’abeille. En utilisant un faisceau focalisé d’ions hélium, l’équipe a pu découper un motif périodique de trous dans le graphène. Cette méthode est disponible chez CoreLab CCMS (Corrélative Microscopy and Spectroscopy). «Nous avons dû beaucoup optimiser le processus pour découper un motif régulier de trous dans la surface du graphène sans toucher les trous voisins», explique le Dr Katja Höflich, chef de groupe au Ferdinand-Braun-Institut Berlin et chercheur invité au HZB.

Bandgap et accordabilité

Jan N. Kirchhof, premier auteur de l’étude maintenant publiée dans Nano Letters, a calculé les propriétés vibrationnelles de ce cristal phononique. Ses simulations montrent que dans une certaine gamme de fréquences, aucun mode vibrationnel n’est autorisé. Analogue à la structure de bande électronique dans les solides, cette région est une bande interdite mécanique. Cette bande interdite peut être utilisée pour localiser des modes individuels afin de les protéger de l’environnement. La particularité ici: “La simulation montre que nous pouvons régler le système phononique rapidement et sélectivement, de 50 mégahertz à 217 mégahertz, via une pression mécanique appliquée, induite par une tension de grille.” dit Jan Kirchhof.

Applications futures

«Nous espérons que nos résultats pousseront plus loin le domaine de la phononique. Nous espérons découvrir quelques notions de physique fondamentale et développer des technologies qui pourraient conduire à des applications, par exemple, dans des capteurs photosensibles ultrasensibles ou même des technologies quantiques», explique le professeur Kirill Bolotin, chef du groupe de travail FU . Les premières expériences sur les nouveaux cristaux phononiques de HZB sont déjà en cours dans son groupe.

Source de l’histoire:

Matériaux fournis par Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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