بررسی نانوساختارها توسط موج‌های صوتی

این محققان پدیده فیزیکی جدیدی را کشف کرده‌اند که به آنها امکان می‌دهد تا
موج‌های فرکانس‌بالا را مشاهده کنند. آنها این کار را با ادغام شبیه‌سازی
دینامیک مولکولی موج‌های ضربه‌ای(shock waves) و یک تابش تراهرتزِ تشخیصی
آزمایشگاهی انجام دادند.

دانشمندان لیورمور، موج‌های صوتی‌ای را ـ که بیشترین بسامد را داشته و به شکل
خودبه‌خود در جبهه موج‌های ضربه‌ای تشکیل می‌شوند و یا با لیزرهای پالس- طولِ
کوچک‌تر از پیکوثانیه تولید می‌شوند ـ به صورت رایانه‌ای شبیه‌سازی‌ کردند.
آنها دریافتند که در شرایط محیطی خاصی، هنگامی که چنین موجی از سطح مشترک بین
دو ماده عبور می‌کند، جریان‌های الکتریکی بسیار کوچکی در سطح مشترک ایجاد
می‌شود. این جریان‌ها، تابش الکترومغناطیسی‌ای با بسامد تراهرتز تولید می‌کند
که در فاصله چندین میلی‌متری از سطح مشترک قابل آشکارسازی است. به این ترتیب،
بخشی از موج مذکور به تابش الکترومغناطیسی تبدیل می‌شود و این تابش پس از
انتشار به خارج از ماده، قابل اندازه‌گیری است.

اکثر شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی‌ای که از موج‌های ضربه‌ای انجام می‌گیرند،
از طریق خصوصیات الکترونیکی‌ای چون بازتاب‌پذیری نوری به فرایند‌های آزمایشگاهی
مربوط می‌شوند. ایوان رید(Evan Reed)، یکی از محققان مذکور، با اشاره به این
نکته که با این روش جدید، باید تابش تراهرتزی با بسامد بسیار پایین آشکارسازی
شود، گفت:«این شکل از فرایندهای تشخیصی، امیدواری‌هایی در خصوص کسب اطلاعات
جدید از مواد تحت ضربه؛ همانند اطلاعات دینامیکی بلورهایی که به میزان بسیار
بالایی تحت کرنش قرار گرفته‌اند، ایجاد کرده‌است».

این گروه به کمک شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی نشان دادند که می‌توان در
آینده، از طریق اندازه‌گیری میدان الکترومغناطیسی، پیشینه زمانی موج مذکور را
با دقت زمانی‌ای کوچک‌تر از پیکوثانیه و دقت فضایی‌ای در حدود ابعاد اتم تعیین
کرد. آنها اثر مذکور را برای سطح مشترک بین دو لایه نازک ـ که در نانوساختارهای
LED مورد استفاده قرار می‌گرفتند و پیزوالکتریک بودند ـ مطالعه نمودند. مواد
پیزوالکتریک از چند دهه قبل به‌عنوان پیمانه‌های زمانی ورودی برای آزمایش‌های
موج- ضربه استفاده می‌شده‌اند، اما کاربرد این مواد، به‌دلیل تجهیزات
الکتریکی‌ای که قادر به آشکارسازی امواج صوتی‌ای با بیشترین بسامد نیستند،
محدود شده‌است. روش جدید می‌تواند به ارتقای دقت زمانی چنین فرایندهایی کمک
کند.

یکی دیگر از کاربردهای این روش، تعیینِ ساختار بسیاری از ابزارهای الکترونیکی
است که در ساختمان آنها از ساختارهای لایه‌نازک استفاده شده‌است(همانند
ترانزیستورهای میدان-اثر)، همچنین بنا به اظهارات این محققان، می‌توان در آینده
از این روش در تصویربرداری از نانوساختارهای نقطه کوانتومی(مثلاً نقاط کوانتومی
موجود در سلول‌های خورشیدی) بهره گرفت.

نتایج این تحقیق در نشریه Physical Review Letters به چاپ رسیده‌است.