Einbahnstraße für Schallwellen

Jan Oliver Löfken

Die Illustration zeigt zwei runde Objekte. Dazwischen befindet sich ein quadratischer Rahmen.

Harris Lab/Yale University

Normalerweise breiten sich Schallwellen gleichmäßig in alle Richtungen aus und werden dabei nicht von Licht beeinflusst. In einer dünnen Membran beobachteten Wissenschaftler nun allerdings eine verblüffende Ausnahme von diesem Prinzip. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten, entwickelten sie eine Einbahnstraße für Schallwellen. Grundlage dafür bildete die gezielte Kontrolle der schwingenden Membran durch Laserlicht.

Zunächst platzierten Jack Harris von der Yale University in New Haven und seine Kollegen eine Membran aus kristallinem Siliziumnitrid zwischen zwei Spiegel. Den optischen Hohlraum kühlten sie stark ab, um Störeffekte durch Wärme zu vermeiden. In der nur fünfzig Nanometer dünnen Membran ließen sich sowohl durch Schall als auch mit Laserlicht quantisierte Schwingungen anregen. Diese sogenannten akustischen beziehungsweise optischen Phononen breiteten sich daraufhin durch das Kristallgitter der Membran aus und wechselwirkten – abhängig von ihrer Frequenz und Phase – miteinander. Indem die Forscher die Eigenschaften der Schall- und Lichtwellen exakt aufeinander abstimmten, trat ein spezieller Interferenzeffekt auf.

Die Folge: Nur Schallwellen aus einer bestimmten Richtung konnten durch die Membran dringen, während andere blockiert wurden. „Mit diesem Experiment gelang es uns, eine Einbahnstraße für Schall zu bauen“, sagt Harris. Doch ein kontrollierbares Ventil für Schallwellen haben die Forscher derzeit noch nicht als Anwendung im Sinn.

Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/materie/news/2019/einbahnstrasse-fuer-schallwellen/