( a ) Transmissie-elektronenmicroscopie van de mesoporeuze dunne film van silica. Aangepast van Fysiek. Chem. C, 124, 17165 (2020). (b) Schema’s van een fononische resonator op basis van mesoporeuze materialen. Krediet: Centrum voor Nanowetenschap en Nanotechnologie
Het snel voortschrijdende gebied van nanofononics richt zich op de studie van hypersound, dit zijn akoestische golven in het bereik van gigahertz tot terahertz, op nanoschaal. Deze hoogfrequente akoestische trillingen, ook wel akoestische fononen genoemd, kunnen een revolutie teweegbrengen in verschillende industrieën, waaronder materiaalkunde, medische beeldvorming, gegevensverwerking en kwantumtechnologieën.
De sterke interactie tussen akoestische fononen, licht en elektronen in materie op nanoschaal biedt bijvoorbeeld een belangrijke kans voor vooruitgang in opto-elektronica. Het manipuleren van hypersound is echter een uitdaging geweest, deels vanwege de dure methoden die nodig zijn om hoogwaardige apparaten te fabriceren met atomaire platte interfaces die deze golven kunnen beperken.
Een team van onderzoekers van het Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies—C2N (CNRS, Université Paris-Saclay) onder leiding van Dr. Daniel Lanzillotti-Kimura en Dr. Galo Soler-Illia (Instituto de NanoSistemas, Universidad Nacional de San Martin, Argentinië) , heeft deze uitdaging aangepakt in een experimenteel werk dat in het tijdschrift is gepubliceerd Fotoakoestiek door mesoporeuze dunne films te gebruiken om hypersound te manipuleren. Mesoporeuze materialen op basis van silica en titania hebben een regelmatig patroon van poriën met afmetingen die ongeveer tienduizend keer kleiner zijn dan de diameter van een mensenhaar, en zijn afhankelijk van goedkopere fabricagemethoden.
In deze studie vervaardigden de onderzoekers mesoporeuze dunne films met behulp van een sol-gel-proces. Vervolgens gebruikten ze ultrasnelle laserspectroscopie om de eigenschappen van de opgesloten fononen te genereren, te detecteren en te bestuderen. “Het opvallende aan dit werk is dat, hoewel de poriegroottes vergelijkbaar zijn met de akoestische golflengten, de mesoporeuze dunne films nog steeds in staat zijn om de akoestische trillingen te ondersteunen”, zegt Daniel Lanzillotti-Kimura.
De studie heeft verstrekkende implicaties en de onderzoekers onderzoeken nu de mogelijke toepassingen van hun bevindingen. Met name mesoporeuze materialen zijn vatbaar voor infiltratie van vloeistoffen en gassen, waardoor hun optische en akoestische eigenschappen veranderen. “Onze volgende stap is het onderzoeken van het vloeistofinfiltratievermogen van mesoporeuze materialen voor gebruik in praktische toepassingen, zoals detectie”, zegt Edson Cardozo de Oliveira, hoofdauteur van het gepubliceerde werk.
“Wij geloven dat dit onderzoek zal leiden tot de ontwikkeling van nieuwe en innovatieve technologieën die een aanzienlijke impact zullen hebben op verschillende industrieën.” De bevindingen van het team leveren een belangrijke bijdrage op het gebied van nano-akoestiek en het onderzoek heeft het potentieel om de weg vrij te maken voor opwindende ontwikkelingen in de toekomst.
Meer informatie:
ER Cardozo de Oliveira et al, Onderzoek naar gigahertz coherente akoestische fononen in TiO2 mesoporeuze dunne films, Fotoakoestiek (2023). DOI: 10.1016/j.pacs.2023.100472
Geleverd door Centrum voor Nanowetenschap en Nanotechnologie
