I ricercatori hanno rilevato il movimento di rollio di un'onda nano-acustica predetto dal famoso fisico e premio Nobel Lord Rayleigh nel 1885. Questo fenomeno può trovare applicazioni nelle tecnologie quantistiche acustiche o nei cosiddetti componenti "fononici", utilizzati per controllare la propagazione delle onde acustiche.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Progressi scientifici , è stato condotto da ricercatori della Purdue University, l'Università di Augusta, l'Università di Münster e l'Università di Alberta.

Il team ha utilizzato un nanofilo all'interno del quale gli elettroni sono forzati su percorsi circolari dalla rotazione dell'onda acustica. Le onde acustiche sono incredibilmente versatili nella moderna nanofisica, in quanto possono influenzare sia i sistemi elettronici che quelli fotonici. Per esempio, minuscoli chip microacustici nei computer, smartphone o tablet assicurano che i segnali wireless ricevuti vengano elaborati elettronicamente. Però, nonostante l'ampio utilizzo delle onde nanoacustiche, la proprietà fondamentale dello spin dell'onda nano-acustica non era stata rilevata fino a questo studio.

"Dal lavoro pionieristico di Lord Rayleigh, è noto che esistono onde acustiche che si propagano sulla superficie dei solidi e che mostrano un movimento di rollio ellittico molto caratteristico, " disse Hubert Krenner, un professore di fisica, che ha diretto lo studio presso l'Università di Augusta e recentemente si è trasferito all'Università di Münster. "Nel caso delle onde nanoacustiche, ora siamo riusciti ad osservare direttamente questa rotazione trasversale, che è ciò che noi fisici chiamiamo questo movimento."

Nel loro studio, i ricercatori hanno utilizzato un nanofilo estremamente sottile che è stato posizionato su un cosiddetto materiale piezoelettrico, niobato di litio. Questo materiale si deforma se sottoposto a corrente elettrica, e, con l'ausilio di piccoli elettrodi metallici, un'onda acustica può essere generata sul materiale.

Sulla superficie del materiale, l'onda acustica genera un campo elettrico a rotazione ellittica (rotante). Questo, a sua volta, costringe gli elettroni nel nanofilo su percorsi circolari.

"Finora sapevamo di questo fenomeno per la luce, " disse Zubin Jacob, Elmore Professore Associato di Ingegneria Elettrica e Informatica di Purdue. "Ora siamo riusciti a dimostrare che questo è un effetto universale, che si verifica anche in altri tipi di onde come le onde sonore su una piattaforma tecnologicamente importante, niobato di litio."

I risultati della ricerca presentati sono una pietra miliare:La rotazione trasversale, osservato per la prima volta, possono essere utilizzati specificamente per controllare nanosistemi o trasferire informazioni.

"Abbiamo osservato il movimento degli elettroni nei nanofili, che sono stati realizzati presso l'Università Tecnica di Monaco di Baviera, attraverso la luce emessa dagli elettroni, " disse Massimiliano Sonner, un dottorato di ricerca studente presso l'Istituto di Fisica dell'Università di Augusta.

collega di Sonner, Lisa Janker, aggiunto, "Usiamo uno stroboscopio estremamente rapido qui, che ci consente di osservare praticamente questo movimento in tempo reale, anche a frequenze più alte fino alla gamma dei gigahertz."

Farhad Cosravi, che ha recentemente completato il suo dottorato di ricerca. nel gruppo di ricerca di Jacob, aveva trasferito i suoi calcoli per la luce direttamente all'onda acustica di Rayleigh. "È noto da molto tempo che le onde luminose e le onde sonore hanno proprietà simili. Tuttavia, l'entità della corrispondenza per le loro proprietà di spin è davvero fenomenale, " disse Cosravi.

I ricercatori sono convinti che il principio universale della fisica dello spin alla base di questo fenomeno porterà a importanti progressi tecnologici. Il team sta ora lavorando per collegare lo spin trasversale delle onde acustiche con lo spin di altre onde.

"Quello che dobbiamo fare dopo è usare questo spin acustico trasversale specificamente per manipolare i sistemi quantistici ottici o lo spin della luce, Per esempio, " disse Giacobbe.