Фононы — квазичастицы, описывающие квантованные состояния колебаний упругой структуры. Проще говоря, если фотон — это квант света, то фонон — квант звуковой волны. Концепция, введенная еще в 1930 году, остается ключевой для понимания физики конденсированных сред, поскольку фононы, подобно классическим нормальным модам, демонстрируют как волновые, так и корпускулярные свойства.
В 2019 году группа ученых из Рочестерского университета провела первую демонстрацию работы фононного лазера. Тогда исследователям удалось захватить и левитировать фононы в вакууме с помощью оптического пинцета. Однако первоначальная версия устройства страдала от значительных помех, что ограничивало точность измерений.
Решить эту проблему удалось лишь недавно, за счет эффекта сжатия, пишет IE. Хотя для невооруженного глаза лазерный луч выглядит ровным, в нем на самом деле присутствует множество флуктуаций, которые создают помехи при измерении. Определенным образом воздействуя на фононный лазер светом, ученые смогли значительно уменьшить эти флуктуации.
Новый подход позволил подавить тепловой шум и добиться беспрецедентной точности измерения ускорения, превосходящей возможности традиционных фотонных лазеров и радиочастотных источников.
По мнению исследователей, такая высокая чувствительность открывает путь к созданию квантовых компасов — навигационных приборов, не зависящих от спутниковых сигналов. Это делает их принципиально неподверженными глушению в условиях радиоэлектронной борьбы, а также позволяет проводить точечные измерения гравитации и других фундаментальных сил. Высокочастотные акустические колебания фононного лазера пригодны для манипуляции квантовыми состояниями, что может быть использовано в будущих квантовых датчиках и вычислениях.
Особый интерес технология вызывает в медицинском применении. Поскольку звуковые волны распространяются в водонасыщенных тканях организма эффективнее света, фононные лазеры могут стать основой для систем ультразвуковой визуализации нового поколения и неинвазивных методов терапии.
Исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме разработали недавно микроскопическое 3D-печатное оптическое устройство, способное объединять свет от 37 полупроводниковых лазеров в одно оптическое волокно. При этом его размер составляет всего 470 микрометров.
