شبیه‌سازی امواج آکوستیکی در ابعاد اتم 
در نانوساختارها

این دانشمندان شبیه‌‌ساز‌‌ی‌ها را در بالاترین فرکانس امواج صوتی انجام دادند

امواج «آکوستیک» امروز نقش‌زیادی در زندگی بازی می‌کنند (از ارتباط بین مردم گرفته تا تصویربرداری فراصوتی). اکنون مشخص شده که امواج صوتی با بالاترین فرکانس در مواد در طول‌موج‌هایی در ساختار اتم در نانوساختارهایی مانند لامپ‌های LED مفید هستند.

به‌گزارش سایت «ساینس‌دیلی»، با این وجود آشکارسازی آن‌ها چندان هم ساده نیست. دانشمندان در آزمایشگاه «لاورنس لیورمور» (lawrence livermore) پدیده‌ی جدید فیزیکی را کشف کردند که ما را قادر می‌سازد این امواج فرکانس بالا را به‌وسیله‌ی شبیه‌سازی دینامیکی ترکیب مولکول‌ها در موج شوک با آزمایش تابش تراهرتز (THz) ببینیم. (هرتز واحد پایه‌ی فرکانس است یک هرتز برابر یک چرخه یا تناوب در هر ثانیه است. یک تراهرتز 1e-12 هرتز است).

این دانشمندان شبیه‌‌ساز‌‌ی‌ها را در بالاترین فرکانس امواج صوتی انجام دادند. این امواج به‌طور هم‌زمان پشت امواج شوک تشکیل شده یا با با لیزرهای چند پیکو ثانیه تولید می‌شوند. آن‌ها کشف کردند که وقتی چنین موجی از فصل مشترک بین دو ماده می‌گذرد، جریان‌های ضعیف الکتریکی در این فصل مشترک تولید می‌شوند. این جریان‌ها تابش الکترومغناطیسی فرکانس‌های تراهرتزی تولید می‌کنند که چند میلی‌‌متر دورتر از فصل مشترک دیده می‌شود. بخشی از موج کاملاً به تابش الکترومغناطیسی تبدیل می‌شود که به بیرون از ماده‌ای که اندازه‌گیری روی آن انجام می‌شود منتشر می‌شود.

بیش‌تر شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی موج شوک به مشخصه‌های آزمایش‌های الکترونیکی مثل بازتاب اُپتیکی ارتباط دارد. «ایوان رد» (Evan Reed) می‌گوید: «ولی این رهیافت جدید به میزان تابش فرکانس کوتاه‌تر چند تراهرتزی وابسته است که به‌وسیله‌ی تک اتم‌های در حال حرکت حول موج شوک ایجاد می‌شوند. این نوع آشکارسازی اطلاعات جدیدی دربار‌‌ه‌ی موادی که دچار شوک می‌شوند (مانند دینامیک بلورهایی که بسیار کشیده می‌شوند) می‌دهد».

با استفاده از شبیه‌سازی‌های مولکولی این تیم، بازه‌ی زمانی رویداد این موج می‌تواند زیر پیکو ثانیه باشد که به این معنی است که نزدیک به مقدار تفکیک یا وضوح فضا-زمان در اندازه‌گیری با میدان الکترومغناطیس است.

این تیم چنین اثری برای فصل مشترک 2 ماده با لایه‌ی نازک مانند آنچه در LED مورد استفاده قرار می‌گیرد (دیود گسیل نور) در نانوساختارها و پیزوالکتریک است (جریان‌های الکتریکی که با فشرده سازی این لایه‌ها به‌وجود می‌آید). مواد «پیزو الکتریک» چند دهه‌ است که برای آزمایش‌های موج شوک به‌کار می‌رود ولی به ابزار الکتریکی محدود می‌شود که فقط می‌تواند فرکانس‌های آکوستیک کم‌تر 10 گیگاهرتز (GHz) را در رصد بیش‌ترین فرکانس‌های امواج آکوستیک را سد می‌کند. روش جدید تابش تراهرتز می‌تواند وضوح زمانی چنین رهیافتی را توسعه دهد.

این روش رهیافت‌های دیگری نیز دارد. برای مشخص کردن ساختار هر نوع وسیله‌ی دی‌الکتریک نیز به کار می‌رود که با استفاده از فیلم نازک لایه‌نشانی شد‌ه‌ای مانند ترانزیستورهای میدانی ساخته می‌شود. «رد» می‌گوید:«آشکارسازی امواج آکوستیکی فرکانس بالا در تصویربرداری نانوساختارهای نقاط کوانتمی مورد استفاده قرار می‌گیرد. و این نقاط کوانتمی در دستگاه‌های اُپتیکی بزرگ در سلول‌های خورشیدی آینده به‌کار می‌رود. این فناوری هنوز برای بهره‌برداری آماده نیست ولی کار ما را یک گام به جلو‌تر برد.».