Sfondo:immagine della modalità di vibrazione di una lastra di Chladni visualizzata dai granelli di sabbia raccolti ai nodi. In alto a sinistra:immagine al microscopio a effetto tunnel a scansione trasversale di un punto quantico di arseniuro di indio. In basso a sinistra:variazione delle frequenze della linea di emissione dei punti quantici in funzione del tempo a causa delle vibrazioni della membrana a cristalli fotonici. A destra:Micrografia elettronica a scansione di una membrana a cristalli fotonici, spostato secondo uno dei modi vibrazionali, con il rosso e il blu che rappresentano lo spostamento positivo e negativo, rispettivamente. Credito:Sam Carter e coautori
Alla fine del XVIII secolo, Ernst Chladni, scienziato e musicista, scoprì che le vibrazioni di una piastra rigida potevano essere visualizzate coprendola con un sottile strato di sabbia e disegnando un arco sul bordo. Con il movimento dell'arco, la sabbia rimbalza e si sposta, raccogliendosi lungo le linee nodali della vibrazione. La scoperta di Chladni di questi modelli gli è valso il soprannome, "padre dell'acustica". La sua scoperta è ancora utilizzata nella progettazione e costruzione di strumenti acustici, come chitarre e violini.
Recentemente, i ricercatori hanno scoperto un effetto simile con oggetti vibranti molto più piccoli eccitati dalle onde luminose. Quando la luce laser viene utilizzata per guidare il movimento di un sottile, membrana rigida, svolge il ruolo dell'arco nell'esperimento originale di Chladni e la membrana vibra in risonanza con la luce. I modelli risultanti possono essere visualizzati attraverso una serie di punti quantici (QD), dove queste minuscole strutture emettono luce a una frequenza che risponde al movimento. L'anticipo è riportato questa settimana in un articolo di copertina di Lettere di fisica applicata .
Oltre ad essere una versione moderna di un vecchio fenomeno, la nuova scoperta potrebbe portare allo sviluppo di dispositivi di rilevamento e metodi per controllare le caratteristiche di emissione dei QD. Poiché la frequenza della luce emessa dai QD è correlata al movimento della membrana sottostante, nuovi dispositivi per il rilevamento del movimento, come accelerometri, può essere immaginato. È anche possibile un'applicazione inversa poiché il movimento della membrana sottostante può essere utilizzato per controllare la frequenza della luce emessa dai QD.
I minuscoli dispositivi nel lavoro qui riportato consistono in una fetta di semiconduttore spessa 180 nanometri, sospeso come un trampolino sopra un substrato solido. Una serie di QD, analogo alla sabbia nell'esempio acustico, sono incorporati nella fetta, il cui spessore è inferiore a un decimo dell'uno per cento di quello di un capello umano.
Un secondo laser sonda viene utilizzato per visualizzare le risonanze risultanti. I QD assorbono la luce della sonda ed emettono un secondo impulso luminoso in risposta, che viene rilevato da un rilevatore e indirizzato a un display. I modelli risultanti sono notevolmente simili a quelli visualizzati nell'esperimento acustico originale di Chladni, anche se il nuovo dispositivo è guidato interamente dalla luce.
Una possibile applicazione di questa scoperta, secondo Sam Carter del Naval Research Lab che è uno degli autori dell'articolo, consiste nel percepire le forze sottili prodotte da oggetti densi vicini. "I materiali nucleari nascosti potrebbero essere rilevabili, " Egli ha detto, "poiché i materiali densi come il piombo vengono utilizzati per schermare i dispositivi".
La schermatura altamente densa necessaria per i materiali nucleari provoca piccole anomalie gravitazionali e piccoli movimenti che potrebbero essere rilevabili da un dispositivo basato sul principio scoperto qui. Gli investigatori intendono continuare il loro lavoro guardando allo spin elettronico. Si spera che le tecniche per misurare l'effetto sullo spin aumentino la sensibilità dei dispositivi.
