石墨烯鼓：一种新的声子激光器设计

莫斯科电子与数学研究所 (MIEM HSE) 的康斯坦丁·阿鲁秋诺夫教授与中国研究人员共同开发了一种基于石墨烯的机械谐振器，在这种共振器中，声能量子（或声子）的连贯发射被诱导出来。这种称为声子激光器的设备在信息处理以及材料的经典和量子传感方面具有广泛的应用潜力。该项研究发表在《光学快报》杂志上。

用于接收和记录声子辐射的实验装置示意图

使用光子类比，电磁频谱的量子，还有声能粒子，声子。事实上，这些是物理学中人为引入的对象，准粒子，它们对应于物质晶格的振动。

某些物质在受到照射时会发出相同波长、相位和偏振的光子。这个过程称为受激发射，由阿尔伯特·爱因斯坦在一个多世纪前预测，是我们众所周知的设备，激光的基础。第一台激光器大约在 60 年前制造出来，它们已经在我们生活的各个领域中牢牢地扎根。

一个类似的过程，包括发射“相同”的声子，是一种类似地称为声子激光器或 saser 的设备的基础。事实上，它与激光是同时被预测的，但在很长一段时间内只开发了少数实验性实现，并且没有一个在工业中得到广泛应用。

在过去的十年中，镁离子、半导体、具有微腔的复合系统、机电谐振器、纳米粒子以及许多其他物质和系统已被用作声子激光器的活性介质。与之前的研究不同，本研究使用石墨烯来产生相干声学激发。由于石墨烯的独特性质，这种谐振器有可能被广泛使用。

石墨烯谐振器是通过微光刻技术生产的：将感光聚合物薄膜沉积在硅基板上。使用紫外光，在基板上“绘制”某种结构，随后通过等离子体处理形成重复的微腔系统。处理过的基板覆盖有一层石墨烯，这个“鼓”系统就像一个谐振器，即如果外部振动以特定频率产生，它就会放大外部振动。

如果用特定波长的激光照射这样的“鼓”，光子会在硅背衬和石墨烯之间反复反射，从而形成光学腔，在那里产生适当频率的机械振动。

通过实验，我们研究了一种纳米结构，它是一种由单原子碳层或石墨烯制成的固定膜。原子或声子的振动通过暴露于外部光辐射而在其中被激活，Konstantin Arutyunov 说，这项研究有望继续进行，因为它对超小物体的物理学具有相当大的兴趣，并且有可能创造出新一代的量子光机械传感器和换能器。

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