به گزارش سیناپرس، برای بسیاری از کاربردها، اگر بتوان تأثیر میدان مغناطیسی را برای ارتعاشات و امواج صوتی به دست آورد، مفید خواهد بود.
به گزارش سیناپرس، برای مدت طولانی، دانشمندان می خواستند بدانند که آیا می توان اثری مشابه میدان مغناطیسی روی الکترون ها بدون بار به دست آورد یا خیر.
در یک مطالعه جدید، دانشمندان AMOLF از موسسات تحقیقات هلند شبکه ای از نانو رشته های ارتعاشی که با نور کنترل می شود برای کنترل جریان صدا استفاده کردند. محققان توانستند امواج صوتی را در جهت غیرقابل برگشت خاصی حرکت دهند و برای اولین بار امواج را به صورت کنترل شده ضعیف یا تقویت کنند. این اتفاق باعث ایجاد یک اثر لیزری برای صدا می شود.
با کمال تعجب، دانشمندان مکانیسم های جدیدی به نام فازهای هندسی ارائه کردند. این مکانیسم به آنها اجازه می داد تا صدا را در سیستم هایی که غیرممکن تصور می شد، کنترل و انتقال دهند.
اوولد ورهاگن (Ewold Verhagen) رهبر این گروه پژوهشی گفت: این کشف راه را برای انواع جدیدی از مواد با خواصی که ما هنوز از مواد موجود نمی دانیم باز می کند.
از آنجایی که ارتعاشات مکانیکی بار ندارند، به میدان های مغناطیسی پاسخ نمی دهند. اما، آنها به فشار تابش نور حساس هستند. از این رو دانشمندان از نور لیزر برای تأثیر گذاری بر نانو تشدید گرهای مکانیکی استفاده کردند.
ورهاگن در ادامه گفت: اکنون با آزمایش ها نشان داده ایم که اگر شبکه ای از نانو رشته های ارتعاشی متعدد بسازیم، می توانیم طیفی از الگوهای ارتعاشی نامتعارف را با روشن کردن رشته ها با نور لیزر درک کنیم. به عنوان مثال، ما موفق شدیم ذرات صوتی فونون ها را به حرکت در یک جهت واحد برسانیم که الکترون ها در اثر هال کوانتومی حرکت می کنند.
دانشمندان همچنین دریافتند که از فشار تشعشع می توان برای کنترل تقویت و تضعیف صدا نیز استفاده کرد. ورهاگن گفت: اینگونه تقویت یا تضعیف برای الکترون ها در میدان مغناطیسی غیرممکن است.
او افزود:دانشمندان تیم ما اولین کسانی هستند که آزمایشاتی را انجام دادند که در آن نور محرک امواج صوتی را تقویت کرده و در عین حال اطمینان می دهد که آنها در معرض یک اثر میدان مغناطیسی مانند قرار می گیرند.
ورهاگن در ادامه توضیح داد که ما کشف کردیم که تقویت و شکستن تقارن برگشت زمانی منجر به طیفی از اثرات فیزیکی جدید و غیرمنتظره می شود. اول از همه، نور لیزر جهت تقویت صدا را تعیین کرده و در جهت دیگر صدا مسدود می شود.
این اتفاق توسط یک فاز هندسی ایجاد می شود. آزمایش ها به ما این امکان را داد که آن فاز هندسی را به طور کامل کنترل و تغییر دهیم. علاوه بر این، از فشار تابش نور لیزر برای تقویت صدا استفاده کردیم. این صدا حتی می تواند به طور خود به خودی مانند نور در لیزر نوسان کند. ما کشف کردیم که فاز هندسی که اعمال می کنیم تعیین کننده نوع و قدرت این اتفاق است.
به گزارش سیناپرس، فازهای هندسی در بسیاری از شاخه های فیزیک مهم هستند و رفتار سیستم ها و مواد مختلف را توصیف می کنند. وقتی با میدان های مغناطیسی ترکیب شوند، می توانند به یک عایق توپولوژیکی برای الکترون ها منجر شوند. اما اینکه یک نوع صوت بر اساس اصول کشف شده چه ویژگی هایی می تواند داشته باشد، چیزی است که همچنان باید مورد یررسی قرار گیرد.
ورهاگن در انتها گفت: اما اثراتی که ما مشاهده کرده ایم باید برای طیف وسیعی از امواج بدون بار از جمله نور، امواج مایکروویو و اتم‌های سرد اعمال شود. ما انتظار داریم که با مکانیسم های جدیدی که کشف کرده ایم، امکان تولید مواد جدید با خواصی که هنوز از مواد موجود نمی دانیم، وجود داشته باشد.
شرح کامل این پژوهش و یافته های حاصل از آن در آخرین شماره مجله تخصصی Nature منتشر شده است.
مترجم: کاظم فلاحی پناه