Centro per gli utenti di materiali su scala nanometrica del Toyota Research Institute of North America, lavorando con il gruppo Nanophotonics di CNM, hanno determinato che le vibrazioni acustiche coerenti di massa sono fortemente smorzate dalla dispersione da pori di dimensioni nanometriche allineati radialmente all'interno di cristalli ipersonici di silice colloidale strettamente compattata. Le modalità acustiche di superficie sono molto meno influenzate, suggerendo nuovi modi per manipolare il trasporto termico tramite il controllo della propagazione dei fononi.

I cristalli ipersonici hanno strutture periodiche nell'ordine dei nanometri e possono diffondere coerentemente sia la luce visibile (fotoni) che le onde elastiche (fononi), rendendoli un cristallo fotonico e fononico simultanei. Questo lavoro fornisce approfondimenti su come comprendere meglio come la porosità influenzerebbe le proprietà acusto-ottiche dei cristalli ipersonici e per sfruttare le loro possibilità per applicazioni di guide d'onda superficiali.

Il decadimento delle vibrazioni acustiche è stato monitorato mediante spettroscopia ultraveloce a pompa-sonda al CNM. Quando il cristallo fononico inizia a vibrare in seguito all'eccitazione ottica con un impulso ultraveloce, le vibrazioni modulano il band gap fononico e alterano periodicamente l'energia fononica che si propaga. I nanocristalli di silice convenzionali non mostrano effetti di smorzamento potenziati. Sono stati osservati due tipi di modi acustici coerenti, la modalità bulk propagante e la modalità superficie localizzata. Le strutture porose hanno dimostrato effetti diversi su diverse modalità di vibrazione. Mentre la modalità bulk è pesantemente smorzata a causa della dispersione dai pori di dimensioni nanometriche, la modalità superficie è molto meno influenzata. Una motivazione per questo lavoro era come mezzo per manipolare/controllare il trasporto termico tramite il controllo della propagazione dei fononi. Più specificamente, quando il cristallo "fononico" inizia a vibrare a seguito dell'eccitazione ottica con un impulso ultraveloce, le vibrazioni modulano il band gap fononico e alterano periodicamente l'energia fononica che può propagarsi nel cristallo (dove cristallo =le nanoparticelle autoassemblate).