Exeterin yliopiston professori Geoff Nashin johtama tutkimusryhmä on luonut uuden rakenteen, joka pystyy manipuloimaan äärimmäisen taajuuden ääniaaltoja – jotka tunnetaan myös nimellä pinnan akustiset aallot tai "nanojäristykset", koska ne kulkevat kiinteän materiaalin pinnan poikki samalla tavalla kuin maanjäristykset maalla.
Vaikka pintaakustiset aallot (SAW) ovat keskeinen osa monia tekniikoita, niitä on osoittautunut erittäin vaikeaksi hallita millään tarkkuudella. Nyt Exeterin yliopiston luonnontieteiden laitoksen ryhmä on kehittänyt uudentyyppisen rakenteen, joka tunnetaan nimellä "fononinen kide", jota voidaan käyttää nanojäristysten ohjaamiseen ja ohjaamiseen, kun se on kuvioitu laitteeksi.
Tutkimus on julkaistu johtavassa tiedelehdessä Nature Communications -lehdessä 2. elokuuta 2017.
Professori Nash, tutkimuksen pääkirjoittaja, sanoi: "Pinta-akustisia aaltolaitteita löytyy jo lukemattomista tekniikoista, mukaan lukien tutkajärjestelmät ja kemialliset tunnistukset, 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 SAW:ita voidaan käyttää kemikaalien kuljettamiseen ja sekoittamiseen tai biologisten toimintojen, kuten solujen lajittelun, suorittamiseen.
"Tähän asti on kuitenkin ollut äärimmäisen vaikeaa tehdä meidän kaltaistamme rakennetta, jolla voidaan helposti ohjata pintaakustisia aaltoja. Uusi fononinen kiderakenteemme pystyy hallitsemaan nanojäristyksiä vain kourallisella kideelementtejä, mikä tekee sen tuottamisesta paljon helpompaa kuin aiemmin esitellyt.
"Olemme varmoja, 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 laajentaa suojaamaan 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 aktuaariksi, käytän monia päivittäin oppimiani taitoja tehtävässäni, ja saamani itsenäisyys ja itseluottamus ovat osoittautuneet korvaamattomiksi urani jatkamisessa. 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 on innovatiivinen lippulaivaohjelma, jonka tarkoituksena on tutkia tieteellisiä käsitteitä, joita tarvitaan luonnon selittämiseen nanomittakaavasta maapallon ilmaston ja aurinkokuntamme monimutkaisiin järjestelmiin.
