Tutkimusryhmä, jota johtaa professori Geoff Nash Exeterin yliopistosta, on luonut uuden rakenteen, joka voi manipuloida ääritaajuisia ääniaaltoja - tunnetaan myös nimellä pinta-akustiset aallot tai "nanojäristykset", koska ne kulkevat kiinteän materiaalin pinnan läpi samalla tavalla kuin maanjäristykset maalla.
Vaikka pinta-akustiset aallot (SAW) ovat keskeinen osa monia tekniikoita, niitä on osoittautunut erittäin vaikeaksi hallita millään tarkkuudella. Nyt Exeterin yliopiston luonnontieteiden laitoksen tutkimusryhmä on kehittänyt uudentyyppisen rakenteen, joka tunnetaan nimellä "fononinen kristalli", jota laitteeseen kuvioituna voidaan käyttää nanojäristysten ohjaamiseen ja ohjaamiseen.
Tutkimus on julkaistu johtavassa tiedelehdessä Nature Communications 2. elokuuta 2017.
Professori Nash, tutkimuksen pääkirjoittaja, sanoi: "Pinta-akustisia aaltolaitteita löytyy jo lukemattomista tekniikoista, mukaan lukien tutkajärjestelmät ja kemiallinen tunnistus, mutta niitä kehitetään yhä enemmän sovelluksiin, kuten lab-on-a-chip.
"Lab-on-a-chip-lähestymistavat kutistavat perinteiset kemian ja biologian laboratoriot muutaman millimetrin kokoisiksi, ja näissä järjestelmissä olevia sahakoneita voidaan käyttää kemikaalien kuljettamiseen ja sekoittamiseen tai biologisten toimintojen, kuten solujen lajittelun, suorittamiseen.
"Tähän asti on kuitenkin ollut äärimmäisen vaikeaa tehdä meidän kaltaisemme rakenne, jolla voidaan helposti ohjata akustisia pinta-aaltoja. Uusi fononinen kristallirakenteemme pystyy hallitsemaan nanojäristyksiä vain kourallisella kristallielementtejä, mikä tekee siitä paljon helpomman tuottaa kuin aiemmin osoitetut.
"Olemme vakuuttuneita siitä, että nämä tulokset tasoittavat tietä seuraavan sukupolven uusille SAW-laitekonsepteille, kuten lab-on-a-chip-biosensoreille, jotka perustuvat SAW-nanojäristysten hallintaan ja manipulointiin. Vielä merkittävämpää on, että on myös ehdotettu, että näitä rakenteita voitaisiin skaalata tarjoamaan suojaa maanjäristyksiltä."
Innovatiivinen tutkimus alkoi perustutkintoprojektina opiskelijoiden Benjamin Ashin ja Sophie Worsfoldin kanssa, jotka ovat kaksi tutkimuspaperin neljästä kirjoittajasta. Ben opiskelee nyt tohtoriksi Exeterissä professori Peter Vukusicin, artikkelin lopullisen kirjoittajan, ja professori Nashin kanssa Exeter EPSRC Centre for Doctoral Training in Metamaterials -keskuksessa.
Sophie sanoi: "Työskentely Geoffin ja hänen ryhmänsä kanssa perustutkintoprojektissani oli yksi suosikkiosistani tutkinnossani. Vaikka opiskelen nyt vakuutusmatemaatikoksi, käytän monia päivittäin oppimiani taitoja roolissani, ja saamani itsenäisyys ja itseluottamus ovat osoittautuneet korvaamattomiksi urallani. Olen uskomattoman innoissani saadessani olla osa tätä uraauurtavaa tutkimusta."
Professori Nash, joka on Exeterin luonnontieteiden johtaja, lisäsi: "Muutettuani Exeteriin teollisuudesta suhteellisen hiljattain, on ollut aivan fantastista saada loistavat opiskelijamme mukaan tutkimukseeni. He tuovat energiaa, innostusta ja erilaista näkökulmaa ja antavat todellisen ja erittäin arvokkaan panoksen ryhmäni tutkimukseen.
Exeterin luonnontieteet ovat innovatiivinen lippulaivaohjelma, jonka tarkoituksena on tutkia tieteellisiä käsitteitä, joita tarvitaan luonnollisen maailman selittämiseen, nanomittakaavasta maapallon ilmaston ja aurinkokunnan monimutkaisiin järjestelmiin.
