Zacznijmy jednak od kryształów fotonicznych, które występują w naturze, natomiast człowiek może je wykorzystywać na szereg sposobów, choćby do tworzenia półprzewodników fotonicznych, laserów, diod elektroluminescencyjnych czy metamateriałów. Dzięki postępom poczynionym w ostatnim czasie przez przedstawicieli Technische Universität Chemnitz udało się sprawić, iż powstał nowy rodzaj kryształu fononicznego, działającego na nieco innych zasadach niż kryształ fotoniczny.
Czytaj też: Butelkę przekształcisz w materiał kwantowy. Nowatorska technologia zapewnia szereg możliwości
Jego cechą wyróżniającą jest ciągła zmienność. Takie nanostruktury wykazują zmiany współczynnika załamania światła, co oznacza, że blokują światło o określonych częstotliwościach w częściach ośrodka krystalicznego, przez które przechodzi wiązka. Mają również regiony o odrębnych, okresowych stałych dielektrycznych. A czym są dielektryki? Najłatwiej można opisać je jako materiały izolujące elektrycznie, opierające się przepływowi elektronów po przyłożeniu pola elektrycznego.
Kiedy tak się stanie (przyłożone zostanie pole elektryczne) dielektryk ulega polaryzacji, a w efekcie cząsteczki zostają skierowane w tym samym kierunku. Dielektryki są bardzo zróżnicowane, ponieważ zalicza się do nich na przykład szkło, porcelana, papier czy woda destylowana. Jeśli chodzi o sposoby ich wykorzystania, to lista również jest długa, a eksperci wymieniają na przykład kondensatory i wyświetlacze ciekłokrystaliczne.
Kryształ fononiczny jest ciałem stałym, którego właściwości ulegają ciągłym zmianom
W tym skomplikowanym opisie trzeba pamiętać o różnicach między fotonami i fononami. Te pierwsze są skwantowanymi falami dźwiękowymi, podczas gdy drugie – skwantowanymi falami świetlnymi. Kryształ fononiczny jest ciałem stałym, którego właściwości ulegają ciągłym zmianom. Przy okresowej zmianie parametrów w zakresie sprężystości możliwe jest sterowanie propagacją fal sprężystych. Niemieccy naukowcy doprowadzili do sytuacji, w której zmiany właściwości mają płynny, a nie okresowy charakter. O szczegółach swojej koncepcji piszą na łamach Europhysics Letters.
W toku prowadzonych eksperymentów członkowie zespołu badawczego skorzystali z symulacji komputerowych, dzięki którym mogli zrozumieć wpływ nawet niewielkich odchyleń właściwości materiału od typowej nieciągłości funkcji schodkowej na fononiczną gęstość stanów energetycznych. Okazało się, iż małe zmiany wystarczały do pojawiania się istotnych zmian w strukturze pasma fononowego.
Czytaj też: Uwięzili elektrony. Posłużył do tego nietypowy kryształ
W praktyce ostatnie postępy mogłyby zaowocować usprawnieniem projektowania soczewek fononowych oraz istotnymi zmianami w materiałoznawstwie, fizyce stosowanej i inżynierii. Poza tym autorzy zwracają uwagę na możliwość zastosowania wyciągniętych wniosków w mikrotechnologii i mechatronice, gdzie mogłyby posłużyć do projektowania przetworników akustyczno-mechanicznych i siłowników.
