フォノニック結晶：音の壁

Phononic crystals: Sound barrier

© 2006 Nature Materials

合成ナノ粒子の結晶は、極超音波領域の振動数のフィルターとして使用できる。

光学的バンドギャップ物質つまり「フォトニック結晶」は、ある周波数の光（光子）の伝搬を禁じるように設計されている。同様に、「フォノニック結晶」は、特定の周波数の弾性振動（フォノン）の伝搬を禁じるように設計されている。既存のフォノニック結晶は、可聴域あるいは超音波領域に禁制周波数があるため、音波の遮蔽物つまりフィルターとして使用できる。しかし、弾性エネルギーと光を同時に操作するためには、極超音波の周波数（ギガヘルツ）で作動するフォノニック結晶が必要である。

ドイツのマインツにあるマックス・プランク高分子研究所のG Fytasら¹は、初めて極超音波領域にバンドギャップをもつフォノニック結晶を設計し、測定を行った。合成した結晶は、スライドガラス上で自己組織化した256 nmのポリスチレンナノ粒子で構成されている。粒子間の隙間は、シリコン油などの粘性の高い液体で満たされている。

G Fytasらは、光散乱を使用してコロイド結晶中で弾性振動の許容されるエネルギーと運動量を測定し、極超音波領域において許容される振動にギャップがあることを発見した。ナノ粒子の間隔によって周波数ギャップが決まるため、この特性は容易に調整できる。さらに、液体と粒子の密度の差と音速の差から、ギャップ幅が決まる。

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