Das Forscherteam unter der Leitung von Professor Geoff Nash von der University of Exeter hat eine neue Struktur geschaffen, die die extremfrequenten Schallwellen – auch bekannt als akustische Oberflächenwellen oder "Nanobeben" – manipulieren kann, wenn sie ähnlich wie Erdbebenbeben an Land über die Oberfläche eines festen Materials laufen.

Obwohl akustische Oberflächenwellen (SAWs) eine Schlüsselkomponente einer Vielzahl von Technologien bilden, haben sie sich als äußerst schwierig erwiesen, sie mit einem gewissen Grad an Genauigkeit zu kontrollieren. Jetzt hat das Team der naturwissenschaftlichen Abteilung der University of Exeter eine neue Art von Struktur entwickelt, die als "phononischer Kristall" bekannt ist und, wenn sie zu einem Gerät gemustert wird, verwendet werden kann, um die Nanobeben zu steuern und zu führen.

Die Studie wird am 2. August 2017 in der führenden Wissenschaftszeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Professor Nash, Hauptautor der Forschung, sagte: "Oberflächenakustische Wellenbauelemente sind bereits in einer Vielzahl von Technologien zu finden, einschließlich Radarsystemen und chemischer Sensorik, werden aber zunehmend für Anwendungen wie Lab-on-a-Chip entwickelt.

"Lab-on-a-Chip-Ansätze schrumpfen konventionelle Chemie- und Biologielabore auf wenige Millimeter Größe, und SAWs in diesen Systemen können zum Transport und Mischen von Chemikalien oder zur Durchführung biologischer Funktionen wie der Zellsortierung verwendet werden.

"Bisher war es jedoch extrem schwierig, eine Struktur wie die unsere herzustellen, mit der akustische Oberflächenwellen leicht direkterweise direkt eingesetzt werden können. Unser neues phononisches Kristalldesign ist in der Lage, die Nanobeben mit nur einer Handvoll Kristallelementen zu steuern, was die Herstellung viel einfacher macht als die zuvor gezeigten.

"Wir sind zuversichtlich, dass diese Ergebnisse den Weg für die nächste Generation neuartiger SAW-Gerätekonzepte wie Lab-on-a-Chip-Biosensoren ebnen werden, die auf der Kontrolle und Manipulation von SAW-Nanobeben basieren. Noch bemerkenswerter ist, dass vorgeschlagen wurde, dass diese Strukturen vergrößert werden könnten, um Schutz vor Erdbeben zu bieten. "

Die innovative Studie begann als Bachelor-Projekt mit den Studenten Benjamin Ash und Sophie Worsfold, die zwei der vier Autoren der Forschungsarbeit sind. Ben studiert jetzt für einen PhD in Exeter bei Professor Peter Vukusic, dem endgültigen Autor der Arbeit, und Professor Nash im Exeter EPSRC Centre for Doctoral Training in Metamaterials.

Sophie sagte: "Die Zusammenarbeit mit Geoff und seiner Gruppe für mein Bachelor-Projekt war einer meiner Lieblingsteile meines Studiums. Obwohl ich jetzt eine Ausbildung zum Aktuar mache, nutze ich viele der Fähigkeiten, die ich Tag für Tag in meiner Rolle gelernt habe, und die Unabhängigkeit und das Selbstvertrauen, das ich gewonnen habe, haben sich als unschätzbar wertvoll erwiesen, um meine Karriere zu verfolgen. Ich bin unglaublich aufgeregt, Teil dieser bahnbrechenden Forschung gewesen zu sein."

Professor Nash, Direktor für Naturwissenschaften in Exeter, fügte hinzu: "Nachdem ich vor relativ kurzer Zeit aus der Industrie nach Exeter gezogen bin, war es absolut fantastisch, unsere brillanten Studenten in meine Forschung einbeziehen zu können. Sie bringen Energie, Begeisterung und eine andere Perspektive mit und leisten einen echten und äußerst wertvollen Beitrag zur Forschung meiner Gruppe.

Natural Sciences at Exeter ist ein innovatives Flaggschiff-Programm, das entwickelt wurde, um die wissenschaftlichen Konzepte zu erforschen, die zur Erklärung der natürlichen Welt erforderlich sind, von der Nanoskala bis zu den komplexen Systemen des Erdklimas und unseres Sonnensystems.