Center for Nanoscale Materials användare från Toyota Research Institute of North America, arbetar med CNM:s Nanophotonics Group, har fastställt att bulkkoherenta akustiska vibrationer dämpas kraftigt genom spridning från radiellt inriktade porer i nanostorlek i hypersoniska kristaller av tätt packad kolloidal kiseldioxid. Akustiska ytlägen påverkas mycket mindre, föreslår nya sätt att manipulera termisk transport via fononutbredningskontroll.

Hypersoniska kristaller har periodiska strukturer i nanometerområdet och kan sammanhängande sprida både synligt ljus (fotoner) och elastiska vågor (fononer), vilket gör dem till en samtidig fotonisk och fononisk kristall. Detta arbete ger insikter för hur man bättre förstår hur porositet skulle påverka de akusto-optiska egenskaperna hos de hypersoniska kristallerna och för att utnyttja deras möjligheter för ytvågledartillämpningar.

Nedfallet av de akustiska vibrationerna övervakades med ultrasnabb pump-sondspektroskopi vid CNM. När den fononiska kristallen börjar vibrera efter optisk excitation med en ultrasnabb puls, vibrationerna modulerar fononbandgapet och ändrar periodiskt den fortplantande fononenergin. Konventionella nanokristaller av kiseldioxid uppvisar inte förbättrade dämpningseffekter. Två typer av koherenta akustiska lägen observerades, den fortplantande bulkmoden och den lokaliserade ytmoden. Porösa strukturer visade olika effekter på olika vibrationssätt. Medan bulkläget är kraftigt dämpat på grund av spridningen från porerna i nanostorlek, ytläget påverkas mycket mindre. En motivering för detta arbete var som ett sätt att manipulera/kontrollera termisk transport via kontroll av fononutbredning. Mer specifikt, när den "fononiska" kristallen börjar vibrera efter optisk excitation med en ultrasnabb puls, vibrationerna modulerar fononbandgapet och ändrar periodvis fononenergin som kan fortplanta sig i kristallen (där kristall =de självmonterade nanopartiklarna).