Trung Quốc phát triển công nghệ laser âm thanh siêu mạnh

Laser âm thanh được tạo ra bằng cách điều khiển các hạt phonon, có tiềm năng ứng dụng lớn trong y tế và thám hiểm biển sâu.

Các nhà khoa học Trung Quốc đạt bước tiến quan trọng trong việc phát triển laser mạnh hơn từ sóng âm thay vì ánh sáng, SciTechDaily hôm 4/10 đưa tin. Nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí eLight.

Âm thanh được tạo ra bên trong quả cầu silicon dioxide tí hon. (Ảnh: IFL Science).

Loại laser thông thường vốn đã rất thú vị. Chúng được con người tạo ra lần đầu tiên vào những năm 1960. "Laser tạo ra một chùm ánh sáng hẹp trong đó tất cả sóng ánh sáng đều có bước sóng rất giống nhau. Những sóng ánh sáng của laser truyền đi cùng nhau, các đỉnh của chúng đều thẳng hàng, hay cùng pha. Đây là lý do tại sao các chùm laser rất hẹp, rất sáng và có thể tập trung vào một điểm rất nhỏ", NASA giải thích.

Dù âm thanh và ánh sáng có những điểm khác biệt, nhưng các nhà vật lý đã nghiên cứu để tạo ra laser âm thanh bằng cách điều khiển phonon.

"Tương tự như các photon tạo nên chùm ánh sáng, phonon - hạt lượng tử không thể phân chia - tạo nên chùm âm thanh. Những hạt này xuất hiện từ chuyển động tập thể của hàng triệu tỷ nguyên tử, giống như "sóng sân vận động" trong một nhà thi đấu thể thao do chuyển động của hàng nghìn người hâm mộ. Khi nghe một bài hát, bạn đang nghe một luồng hạt lượng tử siêu nhỏ này", Andrew N. Cleland, giáo sư tại Trường Kỹ thuật Phân tử Pritzker thuộc Đại học Chicago, giải thích.

Ban đầu dùng để giải thích nhiệt dung của chất rắn, phonon được dự đoán cũng tuân theo những quy tắc cơ học lượng tử giống như photon. Tuy nhiên, công nghệ sản xuất và phát hiện phonon vẫn còn kém xa photon.

Trước đây, laser phonon hình thành từ những vật thể nhỏ chịu ảnh hưởng bởi sóng âm yếu và không chính xác, làm giảm tính hữu ích. Phương pháp mới giúp khắc phục vấn đề này bằng cách "khóa" sóng âm trong trạng thái ổn định và mạnh hơn.

Trong nghiên cứu mới, nhóm nhà khoa học Trung Quốc đã lấy một vi cầu (khối cầu siêu nhỏ) silicon oxide (SiO₂) và treo nó bằng các chùm ánh sáng. Điều này làm rung quả cầu, tạo ra âm thanh bên trong giống như tiếng bíp với cao độ rất lớn và âm thanh vượt quá khả năng nghe của con người. Tiếp theo, họ bắt đầu điều khiển vi cầu rung động bằng một trường điện xoay chiều để tạo ra sự cộng hưởng, khuếch đại sóng âm lên gấp 1.000 lần ở những tần số đó.

Thí nghiệm diễn ra trong môi trường chân không để đo sóng âm tốt hơn (bị giới hạn bên trong vi cầu), giúp tiến gần hơn tới việc tạo ra laser âm thanh có thể dùng cho nhiều mục đích, từ thám hiểm và lập bản đồ đại dương bằng âm thanh cho đến cải tiến những kỹ thuật hình ảnh y tế. Laser âm thanh cũng có thể ứng dụng trong khoa học vật liệu, điện toán lượng tử và nhiều lĩnh vực khác.