Sin electrónica ni fotónica, no habría computadoras, teléfonos inteligentes, sensores, o tecnologías de la información y la comunicación. En los próximos años, el nuevo campo de la fonética puede ampliar aún más estas opciones. Ese campo se ocupa de comprender y controlar las vibraciones reticulares (fonones) en los sólidos. Para realizar dispositivos fonónicos, sin embargo, Las vibraciones de la red deben controlarse con la precisión que se suele realizar en el caso de los electrones o fotones.

Cyrstales fonónicos

El bloque de construcción clave para un dispositivo de este tipo es un cristal fonónico, una estructura fabricada artificialmente en la que propiedades como rigidez, la masa o la tensión mecánica varían periódicamente. Los dispositivos fonónicos se utilizan como guías de ondas acústicas, lentes de fonon, y escudos de vibración y pueden realizar Qubits mecánicos en el futuro. Sin embargo, hasta ahora, estos sistemas operaban a frecuencias vibratorias fijas. No fue posible cambiar sus modos vibratorios de manera controlada.

Patrón de agujeros periódicos en grafeno

Ahora, por primera vez, un equipo de Freie Universität Berlin y HZB ha demostrado este control. Usaron grafeno, una forma de carbono en la que los átomos de carbono se interconectan bidimensionalmente para formar una estructura de panal plana. Usando un haz enfocado de iones de helio, el equipo pudo cortar un patrón periódico de agujeros en el grafeno. Este método está disponible en CoreLab CCMS (microscopía y espectroscopía correlativas). "Tuvimos que optimizar mucho el proceso para cortar un patrón regular de agujeros en la superficie del grafeno sin tocar los agujeros vecinos". "Dra. Katja Höflich, líder de grupo en Ferdinand-Braun-Institut Berlin y científico invitado en HZB, explica.

Bandgap y sintonización

Jan N. Kirchhof, primer autor del estudio ahora publicado en Nano letras , Calculó las propiedades vibratorias de este cristal fonónico. Sus simulaciones muestran que en un cierto rango de frecuencia no se permiten modos vibratorios. Análogos a la estructura de banda electrónica en sólidos, esta región es una banda prohibida mecánica. Esta banda prohibida se puede utilizar para localizar modos individuales para protegerlos del entorno. Lo que es especial aquí:"La simulación muestra que podemos sintonizar el sistema fonónico de forma rápida y selectiva, de 50 megahercios a 217 megahercios, mediante presión mecánica aplicada, inducida por un voltaje de puerta ", dice Jan Kirchhof.

Aplicaciones futuras

"Esperamos que nuestros resultados impulsen aún más el campo de la fonónica. Esperamos descubrir algo de física fundamental y desarrollar tecnologías que puedan llevar a la aplicación, por ejemplo, en fotosensores ultrasensibles o incluso en tecnologías cuánticas". "explica el profesor Kirill Bolotin, jefe del grupo de trabajo de la FU. Los primeros experimentos con los nuevos cristales fonónicos de HZB ya están en marcha en su grupo.