Viimeksi kuluneiden vuosikymmenien aikana kyky jäähdyttää atomien pilviä laservalolla on mullistanut atomifysiikan, mikä johtaen uusiin aineen tilojen löytämiseen ja parempiin atomikelloihin. Laserjäähdytys perustuu siihen tosiasiaan, että fotonit kantavat momenttia ja voivat siten käyttää voimiaan muissa kohteissa. Nyt Yalen yliopiston tutkijat ovat havainneet, että laservaloa voidaan käyttää jäähdyttämään äänisignaaleja piisirulla.
Laserjäähdytystekniikat on äskettäin sovitettu hidastamaan tai jäähdyttämään mekaanisia oskillaattoreita, jotka koostuvat miljardeista atomeista. Tämäntyyppinen jäähdytys on tehnyt mahdolliseksi mekaanisten objektien kvanttiominaisuuksien tutkimiseen ja kohinan vähentämisen.
Yalen tutkijat ovat laajentaneet näitä ilmiöitä osoittamalla, kuinka valoa voidaan käyttää jäähdyttämään kiinteissä materiaaleissa kulkevia ääniaaltoja. Tätä varten tutkijat kehittivät erityisen piirakenteen, joka mahdollistaa etenevän valon ja ääniaaltojen vuorovaikutuksen.
- Räätälöimällä näiden aaltoputkien optisia ja akustisia ominaisuuksia olemme pystyneet parantamaan ja muokkaamaan valon ja äänen välistä vuorovaikutusta. Tämän avulla voimme vähentää termisesti virittyneiden ääniaaltojen kuljettamaa energiaa, kertoi tutkimusta vetänyt apulaisprofessori Peter Rakich.
Kun fotoni vuorovaikuttaa kiinteässä aineessa etenevien ääniaaltojen kanssa, se siroaa erilaisiksi valon väreiksi. Kun fotoni tulee punasiirtyneeksi, se menettää osan energiastaan, joka siirtyy ääniaallolle. Samalla valo absorboi akustista energiaa ja siirtää sen pois sinisiirrettynä fotonina. Tämä toinen prosessi hidastaa ääniaallon liikettä ja tuo sen alhaisemmalle teholliselle lämpötilalle.
Yleensä nämä kaksi vastakkaista prosessia vastavaikuttavat ja tasapainottuisivat. Yalen tutkijat suunnittelivat kuitenkin aaltoputkia, jossa tietyt ääniaaltojen ryhmät kokevat vain jäähdytysprosessin. - Me kutsumme tätä symmetriaa rikkovaksi ja se on olennainen osa jäähdytysprosessin hallitsemista, toteaa tohtoriopiskelija Eric Kittlaus.
Tutkijat ovat jopa yllättyneitä jäähdytystehon vahvuudesta. He toteavat, että nyt heillä on valitsin, jonka avulla voi hallita prosesseja, joita käytetään siruteknologioissa, kuten uudenlaiset laserit, gyroskoopit ja signaalinkäsittelyjärjestelmät. Menetelmällä on mahdollisuus vaimentaa ja hallita kohinaa monissa järjestelmissä, jotka ovat ratkaisevia viestinnälle, tietojenkäsittelylle ja tarkoille mittauksille.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 12.12.2018
