Cambio de reflectividad relativa medido (R / R0) para nanocristales de sílice sólidos (rojo) y nanoporosos (azul) muy compactos. La modulación clara de la reflectividad es evidente para ambos, pero con mayor amortiguación para este último. Las vibraciones coherentes se producen después de una excitación de pulso ultrarrápida dentro de las estructuras reticulares.
Centro para usuarios de materiales a nanoescala del Instituto de Investigación de Toyota de América del Norte, trabajando con el Grupo de Nanofotónica de CNM, han determinado que las vibraciones acústicas coherentes a granel están fuertemente amortiguadas por la dispersión de poros nanométricos alineados radialmente dentro de cristales hipersónicos de sílice coloidal compactada. Los modos acústicos de superficie están mucho menos influenciados, sugiriendo nuevas formas de manipular el transporte térmico a través del control de propagación de fonones.
Los cristales hipersónicos tienen estructuras periódicas en el rango de nanómetros y pueden dispersar coherentemente tanto la luz visible (fotones) como las ondas elásticas (fonones), haciéndolos un cristal fotónico y fonónico simultáneo. Este trabajo proporciona información sobre cómo comprender mejor cómo la porosidad afectaría las propiedades acústico-ópticas de los cristales hipersónicos y explotar sus posibilidades para aplicaciones de guías de ondas de superficie.
La disminución de las vibraciones acústicas se controló mediante espectroscopía ultrarrápida de bomba-sonda en el CNM. Cuando el cristal fonónico comienza a vibrar después de la excitación óptica con un pulso ultrarrápido, las vibraciones modulan la banda prohibida del fonón y alteran periódicamente la energía del fonón que se propaga. Los nanocristales de sílice convencionales no muestran efectos de amortiguación mejorados. Se observaron dos tipos de modos acústicos coherentes, el modo de propagación a granel y el modo de superficie localizada. Las estructuras porosas demostraron diferentes efectos en diferentes modos de vibraciones. Mientras que el modo de volumen está muy amortiguado debido a la dispersión de los poros nanométricos, el modo de superficie está mucho menos influenciado. Una motivación para este trabajo fue como un medio para manipular / controlar el transporte térmico mediante el control de la propagación de fonones. Más específicamente, cuando el cristal "fonónico" comienza a vibrar después de la excitación óptica con un pulso ultrarrápido, las vibraciones modulan la banda prohibida del fonón y periódicamente alteran la energía del fonón que puede propagarse en el cristal (donde cristal =nanopartículas autoensambladas).
Imagen TEM de poros nanométricos agrupados dentro de un cristal hipersónico coloidal poroso
