Открытие нового типа акустической дифракции открывает путь к новым технологиям квантовой связи

В поверхностных акустических волнах (ПАВ), взаимодействующих с магнитными материалами, наблюдается новое акустическое явление, характеризующееся невзаимной дифракцией. Это открытие, сделанное в ходе эксперимента с периодическим массивом магнитных материалов нанометрического масштаба, может найти практическое применение в коммуникационных технологиях. Японская команда, стоящая за открытием, отмечает, что этот тип асимметричной дифракции, до сих пор наблюдавшийся только в области оптики, может быть использован в системах связи, как классических, так и квантовых.

Поверхностная акустическая волна — это звуковая волна, распространяющаяся по поверхности упругого материала. При прохождении эти волны вызывают смещение частиц в материале на глубину, эквивалентную примерно одной длине волны. Их влияние уменьшается по мере проникновения вглубь материала. Технология поверхностных акустических волн чрезвычайно универсальна и имеет широкий спектр применения благодаря своей точности, чувствительности и надежности.

В современных коммуникационных устройствах эта технология играет центральную роль. Например, в частотных фильтрах мобильных телефонов поверхностные акустические волны преобразуют электрические сигналы в колебания за счет пьезоэлектрического эффекта. Это преобразование, необходимое для эффективной обработки сигналов, подчеркивает важность понимания ПАВ для будущих технологических инноваций.

Исходя из этого, ученые из Института исследования материалов Университета Тохоку в сотрудничестве с Японским агентством по атомной энергии и Центром изучения новых материй RIKEN провели свое исследование. Их результаты позволили обнаружить новый способ распространения акустических волн — открытие, которое может найти применение как в классических, так и в квантовых технологиях связи.

К новой форме распространения акустических волн

Чтобы сделать это неожиданное открытие, исследовательская группа под руководством Йоичи Нии создала периодический массив магнитных материалов в нанометрическом масштабе, используя самые современные методы нанопроизводства. Нанометрический масштаб, от 1 до 100 нанометров, характеризуется появлением уникальных химических, физических и биологических свойств.

В этом масштабе материалы демонстрируют определенные явления (в том числе квантовые), которые могут изменять их оптические, электрические и магнитные свойства. Эти характеристики делают нанометрические материалы бесценным материалом для многих применений, особенно в области материаловедения и, далее в промышленности, электроники.

В ходе эксперимента, результаты которого были опубликованы в журнале Physical Review Letters, поверхностные акустические волны (ПАВ) проходили через структурированную магнитную сеть, которая выступала в качестве устройства, изменяющего свойства распространения волн.

Исследователи обнаружили, что вместо ожидаемой симметричной дифракции возникло новое явление — «невзаимная дифракция». Эта модель асимметричной дифракции отличается от традиционных моделей тем, что в ней используется новый подход к взаимодействию волн с веществом.

Новая асимметричная дифракционная картина была получена с помощью наноструктурированной ферромагнитной решетки.

«Ранее это явление наблюдалось только в оптике», — пояснил Йоичи Нии в пресс-релизе. «Поэтому мы очень рады подтвердить, что оно распространяется не только на оптику, но и на другие волновые явления», — добавил он.

С помощью теоретического анализа исследовательская группа продемонстрировала, что невзаимный характер дифракции является результатом взаимодействия между магнитными свойствами материалов и поверхностными акустическими волнами.

По мнению исследователей, это открытие в конечном итоге позволит использовать магнитные поля для более точного управления движением поверхностных акустических волн — подход, который до сих пор оставался неизученным. Изучение этих новых перспектив может привести к созданию технологических акустических устройств, способных повысить эффективность как обычных телекоммуникационных систем, так и быстро развивающейся области квантовой связи.

Запись Открытие нового типа акустической дифракции открывает путь к новым технологиям квантовой связи впервые опубликована на сайте Про технологии.