Vědci objevili zcela nový způsob ovládání zvuku pomocí světla

Výzkumníci z nizozemského výzkumného institutu AMOLF pomocí sítě vibrujících nanotrubiček ovládaných světlem přiměli zvukové vlny pohybovat se v určitém nevratném směru a poprvé je kontrolovaně zeslabili nebo zesílili. Objevili nové mechanismy, tzv. geometrické fáze, které dokáží manipulovat a přenášet zvuk v systémech, kde to bylo považováno za nemožné. Své překvapivé výsledky zveřejnili v časopise Nature.

Reakce elektronů a dalších nabitých částic na magnetické pole vede k mnoha jedinečným jevům v materiálech. Na rozdíl od elektronů nemají mechanické vibrace náboj, a proto nereagují na magnetické pole. Jsou však citlivé na tlak světelného záření. Tým vedený Ewoldem Verhagenem proto použil laserové světlo k ovlivňování mechanických nanoreaktorů.

V roce 2020 vědci použili stejné vibrující struny, aby ukázali, že pokud se vytvoří síť více vibrujících nanovláken, lze osvětlením strun laserovým světlem realizovat řadu netradičních vibračních vzorů. Podařilo se jim například přimět částice zvuku (fonony), aby se pohybovaly jedním směrem stejně jako elektrony v kvantovém Hallově jevu. Vědci si uvědomili, že k řízení zesilování a zeslabování zvuku mohou využít také tlak záření, jak píše server Phys.

Prováděli pokusy, při nichž světlo zesilovalo zvukové vlny a zároveň vytvářelo efekt podobný magnetickému poli. Zjistili, že laserové světlo určuje směr, kterým se zvuk zesiluje. V opačném směru je zvuk blokován. To je způsobeno geometrickou fází neboli veličinou, která určuje, jak moc se zvuková vlna při průchodu sítí nanotrubiček posune, což je v tomto případě způsobeno tlakem záření.

Experiment umožnil týmu plně kontrolovat a měnit geometrickou fázi. Kromě toho využili tlak záření laserového světla k zesílení zvuku. Tento zvuk může dokonce samovolně začít kmitat podobně jako světlo v laseru. Efekty by bylo možné dále zkoumat propojením více nanotrubiček do akustických „metamateriálů“, které by se daly ovládat světlem. Kromě toho by se tyto účinky měly vztahovat na různé beznábojové vlny, včetně světla, mikrovln, studených atomů atd. Díky nově objeveným mechanismům bude možné vyrábět nové (meta)materiály s vlastnostmi, které stávající materiály nemají.

Zdroj: nature.com, phys.org