Tutkimusryhmä, jota johtaa professori Geoff Nash Exeterin yliopistosta, on luonut uuden rakenteen, joka pystyy manipuloimaan äärimmäisten taajuuksien ääniaaltoja – eli pintaakustisia aaltoja tai 'nanojäristyksiä', kun ne kulkevat kiinteän materiaalin pinnalla samalla tavalla kuin maanjäristykset.
Vaikka pintaakustiset aallot (SAW:t) muodostavat keskeisen osan monissa teknologioissa, niiden hallinta on osoittautunut erittäin vaikeaksi millään tarkkuudella. Nyt Exeterin yliopiston luonnontieteiden laitoksen tiimi on kehittänyt uudenlaisen rakenteen, joka tunnetaan nimellä 'fononinen kide', jota laitteeksi kuvioituna voidaan käyttää nanomaanjäristysten ohjaamiseen ja ohjaamiseen.
Tutkimus julkaistaan johtavassa tiedelehdessä Nature Communicationsissa 2. elokuuta 2017.
Tutkimuksen pääkirjoittaja professori Nash sanoi: "Pintaakustisia aaltolaitteita löytyy jo monista teknologioista, kuten tutkajärjestelmistä ja kemiallisesta tunnistusta, mutta niitä kehitetään yhä enemmän sovelluksiin kuten laboratorio-sirulla.
"Lab-on-a-chip -menetelmät kutistavat perinteiset kemian ja biologian laboratoriot muutaman millimetrin kokoisiksi, ja näissä järjestelmissä SAW:ita voidaan käyttää kemikaalien kuljettamiseen ja sekoittamiseen tai biologisten toimintojen, kuten solujen lajittelun, suorittamiseen.
"Kuitenkin tähän asti on ollut äärimmäisen vaikeaa rakentaa kaltaistamme rakennetta, jota voisi helposti ohjata pintaakustisia aaltoja. Uusi fononinen kidesuunnittelumme pystyy hallitsemaan nanojäristyksiä vain muutamalla kristallielementillä, mikä tekee niiden tuottamisesta paljon helpompaa kuin aiemmin demonstroidut.
"Olemme varmoja, että nämä tulokset raivaavat tietä seuraavan sukupolven uusille SAW-laitekonsepteille, kuten laboratoriopohjaisille biosensoreille, jotka perustuvat SAW-nanojäristysten hallintaan ja manipulointiin. Vielä merkittävämpää on, että on ehdotettu, että näitä rakenteita voitaisiin laajentaa suojaamaan maanjäristyksiltä."
Innovatiivinen tutkimus alkoi kandidaattiprojektina opiskelijoiden Benjamin Ashin ja Sophie Worsfoldin kanssa, jotka ovat kaksi tutkimuspaperin neljästä kirjoittajasta. Ben opiskelee nyt tohtorintutkintoa Exeterissä professori Peter Vukusicin johdolla, joka on artikkelin lopullinen kirjoittaja, sekä professori Nashin johdolla Exeterin EPSRC Centre for Doctoral Training in Metamaterials -keskuksessa.
Sophie sanoi: ""Työskentely Geoffin ja hänen ryhmänsä kanssa kandidaattiprojektissani oli yksi suosikkiasioistani tutkinnossani. Vaikka opiskelen nyt aktuaariksi, käytän monia päivittäin oppimiani taitoja työssäni, ja saamani itsenäisyys ja itsevarmuus ovat osoittautuneet korvaamattomiksi urani tavoittelussa. Olen uskomattoman innoissani saadessani olla osa tätä uraauurtavaa tutkimusta."
Professori Nash, joka toimii Exeterin luonnontieteiden johtajana, lisäsi: "Muutettuani Exeteriin teollisuudesta suhteellisen hiljattain, on ollut aivan mahtavaa saada loistavat kandidaattimme mukaan tutkimukseeni. He tuovat energiaa, innostusta ja erilaisen näkökulman, ja tekevät todellisen ja erittäin arvokkaan panoksen ryhmäni tutkimukseen.
Natural Sciences at Exeter on innovatiivinen lippulaivaohjelma, jonka tarkoituksena on tutkia tieteellisiä käsitteitä, joita tarvitaan luonnon maailman selittämiseen, nanomittakaavasta aina monimutkaisiin Maan ilmaston ja aurinkokuntamme järjestelmiin.
