یک طرح تقویت الکتریکی صدا می‌تواند شدت فونون‌های منتشر شونده در جامد را دو برابر کند.

فونون‌های فرکانس بالا که از درون جامدات می‌گذرند، می‌توانند طول موج‌هایی به کوچکیnm 10 داشته باشند و این امر آن‌ها را برای تصویربرداری ساختارهای کوچک مقیاسی که با طول موج‌های بلند نور مرئی قابل روبش نیستند ایده‌آل می‌سازد. اما چنین کاری نیازمند یک منبع فونون همدوس قوی است. اکنون گروهی از محققان در ژاپن، آلمان و فرانسه نشان داده‌اند که شدت فونون‌های در حال حرکت در مواد نیمه رسانا را می‌توان با یک جریان الکتریکی تا دو برابر تقویت کرد.

وقتی موج آکوستیکی از نیمه‌رسانایی می‌گذرد، ساختارهای پیوند الکترونی ماده را تغییر داده و اجازه می‌دهد تا با الکترون‌ها تبادل انرژی داشته باشد. اگر حرکت الکترون‌ها سریعتر از حرکت صوت درون ماده باشد، انرژی می‌تواند از الکترون‌ها به فونون‌ها منتقل شود. به این ترتیب الکترون‌ها کندتر شده و تعداد فونون‌ها افزایش می‌یابد. اعمال جریان الکتریکی به نیمه رسانا منبعی هم-انتشار از الکترون‌های پر انرژی‌تر ایجاد می‌کند که موجب تقویت سیگنال فونونی خواهد شد. آزمایش‌های دهه 1950 و 1960 نشان داد که این روش برای تقویت فونون‌های MHz 100 که در حجم نیمه رسانا حرکت می‌کنند موثر است. کیسوکه شینوکیتا Keisuke Shinokita از موسسه ماکس بورن آلمان و همکارانش، روشی برای تقویت زیاد فونون‌های همدوس با فرکانس نزدیک به تراهرتز که در یک ابرشبکه‌ی نیمه رسانا حرکت می‌کنند ابداع کرده‌اند. آن‌ها با استفاده از تاباندن پالس نوری فمتوثانیه به ساختار یک نیمه رسانا با پایه‌ی گالیوم، موج ایستایی از فونون‌های GHz 40 ایجاد کردند. با برقراری همزمان جریانی از الکترون‌ها، گروه توانست شدت سیگنال فونونی حاصل را دو برابر کند. طبق نظر نویسندگان مقاله، این بهره باید برای غلبه بر تلفات فروافتی سیگنال کافی بوده و منبع قابل اعتمادی از فونون‌ها برای تصویربرداری ساختارهای نانومتری از مولکول‌های زیستی گرفته تا مدارهای الکترونی فراهم آورد.

این تحقیق در Physical Review Letters به چاپ رسیده است.

منبع