Міжнародний колектив вчених запропонував використовувати поверхневі акустичні хвилі як інструмент створення стійких решіток з електронів і поляритонів у напівпровідниках. Виявилося, що змінюючи частоту акустичних коливань, можна керувати параметрами такої решітки і приводити заряджені частинки в рух. Такі решітки можуть використовуватися для моделювання складних квантових систем. Результати дослідження опубліковані в.
У напівпровідникових носіях носії заряду або заряджені квазічастинки (наприклад, ексітони) під час обмеження їхньої рухливості можуть утворювати впорядковані періодичні структури. Такі електронні решітки всередині твердого кристала і самі по собі мають досить цікаві властивості, а також можуть використовуватися для дослідження топологічних дефектів і моделювання як класичних, так і квантових систем. Для того, щоб зафіксувати положення електронів і створити з них впорядковану решітку, зазвичай зменшують розмірність кристала і використовують не тривимірні кристали, а тонкі шари. Подібними пастками для електронів або квазічастинок можуть бути і кристали ще меншої розмірності: нанонити або навіть квантові точки, в яких рухливість носіїв заряду обмежена за двома або всіма трьома координатами.
У своїй новій роботі міжнародний колектив фізиків запропонував використовувати для стабілізації решіток з електронів або ексітонів поверхневі акустичні хвилі. Для цього тонкий шар напівпровідникового кристала з арсеніда галію приводили в контакт з п'єзоелектричним елементом. Зовнішнім електричним полем у п'єзоелектриці збуджувалися періодичні коливання решітки, що призводило до запуску поверхневої звукової хвилі по міжфазному кордону.
Якщо таким чином по міжфазній межі запустити дві поверхневі хвилі в протилежних напрямках, то можна створити стоячу хвилю, яка буде призводить до утворення періодичної решітки з електронів або ексітонів у напівпровідниковому кристалі. У попередніх роботах вже було показано, що за певних умов таким чином можна фіксувати положення електронів і квазічастинки на кілька наносекунд, після чого вони залишають пастку і починають поширюватися по кристалу.
Виявилося, що якщо збільшити довжину звукової хвилі вище певного значення, то це призводить до утворення стійких у часі конфігурацій. У цій роботі фізикам вдалося отримати електронну решітку з періодом близько 100 нанометрів. При цьому період стаціонарної решітки, що утворилася, можна було трохи змінювати, варіюючи частоту стоячої поверхневої звукової хвилі. А при певних значеннях електрони можуть почати рухатися або руйнувати періодичну структуру. Вчені зазначають, що в решітках, що утворилися, можливе утворення дефектів і областей неупорядкованості, джерелом яких у напівпровідниках є неоднорідності заряду, наприклад, на легуючих атомах.
За словами авторів роботи, такі стаціонарні решітки з електронів і поляритонів, стійкі протягом довгого часу, можуть бути джерелом інформації про взаємодії електронів всередині твердого тіла, а також використовуватися для моделювання досить складних квантових систем.
Звукові хвилі в кристалі можна використовувати не тільки для стабілізації електронних решіток всередині кристала, але і, наприклад, як своєрідний буфер у фотонному комп'ютері. Для цього вчені запропонували механізм, при якому інформація, що передається у вигляді фотонів, може перетворюватися на звукові коливання решітки кристала, а потім - назад у фотон.