Forskare vid McGill University har utvecklat en ny anordning som genererar ljudliknande partiklar, så kallade fononer, vid extremt låga temperaturer. Tekniken skulle kunna användas för att skapa fononlasrar, med möjliga tillämpningar inom kommunikation och medicinsk diagnostik.
”Modern kommunikation bygger till stor del på ljus, inklusive elektromagnetiska vågor och elektriska strömmar. I ett medium som hav kan ljud färdas, medan ljus och elektriska strömmar inte kan det”, säger Michael Hilke. ”I människokroppen kan ljudvågor också vara ett användbart verktyg.”
Hilke är docent i fysik och medförfattare till studien som publicerats i Physical Review Letters. Anordningen byggdes och analyserades vid McGill och National Research Council of Canada. Materialet syntetiserades vid Princeton University.
Snabba elektroner skapar ljudliknande vibrationer
Enheten fungerar genom att skicka en elektrisk ström genom ett tvådimensionellt skikt av kristall, vilket fångar elektroner i en kanal inom ett område som bara är några atomer tjockt. Forskarna fann att när elektroner trycks tillräckligt hårt genom denna kanal, frigör de energi i form av ljudliknande vibrationer, så kallade fononer, i förutsägbara och justerbara mönster.
Detta möjliggörs genom att kyla enheterna till temperaturer mellan cirka 10 millikelvin och 3,9 kelvin, vilket gör att elektronerna beter sig mer förutsägbart och låter forskarna observera kvanteffekter, som uppstår när materia beter sig som vågor snarare än som fasta partiklar.
”Vid absolut nollpunkt – det vill säga kvantfysikens värld – skapas inget ljud om inte elektronerna rör sig kollektivt med ljudhastigheten eller snabbare”, förklarade Hilke. ”Tidigare forskning hade observerat relaterade effekter när elektronhastigheter närmade sig ljudbarriären. Vår studie går längre genom att driva systemet långt bortom den punkten och visa att befintliga teorier måste omvärderas med hänsyn till att elektroner kan vara mycket heta även om värdkristallen är nära absolut nollpunkt.”
Nya material kan öka enhetens hastighet
Hilke sa att nästa steg är att undersöka hur konstruktion av enheten med andra material, såsom grafen, skulle göra det möjligt för den att fungera ännu snabbare.
Detta skulle kunna leda till höghastighetskommunikationsteknik, liksom avkänningsverktyg, biologiska material och avancerade medicinska system.
”Fononer är svåra att generera och utnyttja på ett kontrollerat sätt, så vi utforskar nya områden. På ett övergripande plan handlar detta om hur elektrisk ström och energi rör sig och omvandlas inuti avancerade elektroniska material”, sade han.
Publikationsuppgifter
Z. T. Wang et al, Resonant Magnetophonon Emission by Supersonic Electrons in Ultrahigh-Mobility Two-Dimensional Systems, Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/m1nb-j1h6. På arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2512.23822
