В ФИАНе в отделении физики твердого тела создана установка для исследования материалов пикоакустическими методами. Результаты исследований помогут подбирать материалы для перспективных акустоэлектрических приборов.
Разработка методов генерации сверхкоротких лазерных импульсов дала огромный толчок в развитии науки и техники. Подобные импульсы уже нашли широкое применение в исследовании быстропротекающих процессов, офтальмологии и хирургии, так же это дало толчок пикоакустике – одному из наиболее перспективных и активно развивающихся направлений современной физики в области неразрушающих исследований твердых тел.
В Отделении физики твердого тела ФИАН создана установка для зондирования твердотельных наноструктур пикосекундными упругими импульсами или, как ещё говорят, импульсами когерентных фононов. В основе метода исследования лежит явление возбуждения на поверхности твердого тела упругих волн при его облучении короткими лазерными импульсами. Характерные частоты подобных волн - десятки и сотни гигагерц. Установка позволяет исследовать колебательные моды наноструктур, что дает возможность получать информацию об упругих свойствах слоев и совершенстве интерфейсов.
Комментирует Клоков Андрей Юрьевич, заведующий лаборатории физики низкоразмерных систем и структур:
«Учитывая размер структур, а это наноразмеры, и характерную скорость звука 5-8 нм в пикосекунду, оказывается возможным возбуждать объёмные волны с частотами до сотен гигагерц. Особый интерес представляет возбуждение поверхностных волн. Скажем, если облучить остросфокусированным ультракоротким лазерным импульсом поверхность исследуемой структуры, то возбудится не только объемная, но и поверхностная волна. Упругие волны модулируют коэффициент преломления, что приводит к изменению комплексного коэффициента отражения света от исследуемой структуры. В результате существует возможность оптического детектирования распространяющихся упругих импульсов»
Малые (10-6 ÷ 10-3) изменения амплитуды и фазы коэффициента отражения, вызванные распространяющимся упругим импульсом, регистрируются с помощью интерферометра Саньяка. Чувствительность методики составляет ~1 мкрад по фазе и ~10-6 по амплитуде коэффициента отражения, пространственное разрешение ~2 мкм, а временнóе <1 пс. Это позволяет регистрировать с пикосекундным временным разрешением пикометровые колебания поверхности или границ слоёв в исследуемых наноструктурах.
Комментирует Виталий Анатольевич Цветков, старший научный сотрудник лаборатории физики неоднородных систем:
«Мы исследовали возбуждение поверхностных волн в лангасите. У него симметрия кварца и лучшие пьезоэлектрические свойства. Это очень популярный материал в акустоэлектронике. И вот на таких кристаллах определенных срезов, наблюдается сильная анизотропия распространения поверхностных волн: волны распространяются не как, например, на поверхности воды, кругами, а шестиугольниками»
Разработанная сотрудниками ФИАН экспериментальная установка позволяет с высокой чувствительностью проводить исследования упругих и фотоупругих свойств перспективных материалов и наноструктур на их основе. Кроме того, пикоакустика позволяет исследовать механизмы затухания гиперзвука в твердом теле, проще говоря, какое расстояние пробежит волна в кристалле. Эти данные будут востребованы при создании новейших акустоэлектронных и акустооптических устройств с рабочими частотами до сотен гигагерц.
(предоставлено сотрудниками лаборатории физики низкоразмерных систем и структур)
Б. Массалимов, АНИ «ФИАН-информ»
