(а) Трансмиссионная электронная микроскопия тонкой мезопористой пленки кремнезема. Адаптировано из Phys. хим. С , 124, 17165 (2020). (б) Схема фононного резонатора на основе мезопористых материалов.
Предоставлено: Центр нанонауки и нанотехнологий.

Быстро развивающаяся область нанофононики сосредоточена на изучении гиперзвука, который представляет собой акустические волны в диапазоне от гигагерца до терагерца, в наномасштабе. Эти высокочастотные акустические колебания, также известные как акустические фононы, могут произвести революцию в различных отраслях, включая материаловедение, медицинскую визуализацию, обработку данных и квантовые технологии.

Например, сильное взаимодействие между акустическими фононами, светом и электронами в веществе на наноуровне открывает большие возможности для развития оптоэлектроники. Однако управлять гиперзвуком было сложно, отчасти из-за дорогих методов, необходимых для изготовления высококачественных устройств с атомарными плоскими интерфейсами, которые могут удерживать эти волны.

Группа исследователей из Центра нанонаук и нанотехнологий — C2N (CNRS, Университет Париж-Сакле) под руководством д-ра Даниэля Ланзиллотти-Кимура и д-ра Гало Солер-Иллиа (Институт наносистем, Национальный университет Сан-Мартин, Аргентина), решила эту проблему в экспериментальной работе, опубликованной в журнале Photoacoustics, используя мезопористые тонкие пленки для управления гиперзвуком. Мезопористые материалы на основе диоксида кремния и диоксида титана имеют регулярную структуру пор с размерами примерно в десять тысяч раз меньше диаметра человеческого волоса и основаны на более доступных методах изготовления.

В этом исследовании исследователи изготовили мезопористые тонкие пленки с использованием золь-гель процесса. Затем они использовали сверхбыструю лазерную спектроскопию для генерации, обнаружения и изучения свойств ограниченных фононов. «Поразительным элементом этой работы является то, что, хотя размеры пор сравнимы с длиной акустической волны, мезопористые тонкие пленки по-прежнему способны выдерживать акустические колебания», — сказал Даниэль Ланзиллотти-Кимура.

Исследование имеет далеко идущие последствия, и теперь исследователи изучают потенциальные применения своих результатов. В частности, мезопористые материалы подвержены просачиванию жидкостей и газов, что изменяет их оптические и акустические свойства. «Наш следующий шаг — изучить способность мезопористых материалов проникать в жидкость для использования в практических приложениях, таких как сенсоры», — сказал Эдсон Кардозо де Оливейра, ведущий автор опубликованной работы.

«Мы считаем, что это исследование приведет к разработке новых и инновационных технологий, которые окажут значительное влияние на различные отрасли». Выводы команды являются значительным вкладом в область наноакустики, и исследование может проложить путь к захватывающим разработкам в будущем.