Эффект шепчущей галереи помог создать активную акустическую среду
Физики построили резонатор на модах шепчущей галереи с топологической защитой и активным контролем фазы. Они создавали поверхностное защищенное состояние на границе двух подрешеток фононного кристалла, а для контроля фазы использовали термоакустическое преобразование на углеродных нанотрубках. Изготовленный образец продемонстрировал высокую степень контроля состояний, движущихся в разные стороны резонатора. Исследование опубликовано в Nature.
Акустика как научная дисциплина существует достаточно давно, однако по сравнению с оптикой она изучена и применяется не настолько обширно. К причинам этого можно отнести тот факт, что для распространения звуковых волн требуется среда, а также то, что их генерация происходит в меньшем числе процессов, нежели генерация электромагнитных волн. Наконец, характерная энергия квантов звуковых колебаний — фононов — существенно ниже энергии оптических фотонов. Это можно считать причиной того, почему первые мазеры и лазеры появились только в середине XX века, в то время как сазеры — генераторы когерентных звуковых волн — только в 2010 году.
Принцип генерации звука в сазерах такой же, как и света в лазерах: в активной среде, помещенной в резонатор, создается инверсия населенностей на паре уровней, разница в энергиях которых равна энергии испускаемых фононов, а затем происходит каскад вынужденных переходов. При этом сазеры обладают рядом преимуществ перед лазерами. Например, при той же равной частоте, длина волны звука гораздо меньше, чем у электромагнитной волны, следовательно, их можно сфокусировать в пятно меньшего размера. Поэтому физики постоянно ищут новые подходы к созданию элементной базы для сазеров.