Các nhà vật lí vừa tiến thêm một bước nữa hướng đến phát triển các laser phonon thực tế, dụng cụ phát ra âm thanh theo kiểu giống như laser quang phát ra ánh sáng. Phát triển trên có thể đưa đến những dụng cụ ghi ảnh mới, độ phân giải cao và những ứng dụng y khoa. Giống hệt như laser quang đã được tích hợp trong vô số dụng cụ có mặt ở khắp nơi, một laser phonon có thể là yếu tố thiết yếu cho những ứng dụng trước nay không tưởng tượng nổi.

Đây là những giản đồ cho sự khuếch đại và phát laser phonon: (Trên cùng) Hai hộp cộng hưởng vi mô ghép đôi bị kích thích bởi một xung quang học truyền qua một sợi quang (màu lam). (Hình giữa) Các photon bơm đi vào sợi quang biến đổi thành photon năng lượng thấp hơn và các phonon kết hợp. Tại ngưỡng công suất bơm, độ lợi phonon lớn hơn độ thất thoát phonon, mang lại sự phát laser phonon. (Dưới cùng) Sự khuếch đại phonon trong một siêu mạng. Sự chui hầm của các electron từ một giếng lượng tử sang giếng tiếp theo đi cùng với sự phát xạ phonon. Khi thiết đặt một sóng phonon mạnh, nó đưa đến sự khuếch đại phonon. Ảnh: Alan Stonebraker

Ánh sáng và âm thanh có nhiều cái giống nhau: chúng đều có thể xem là sóng, và chúng đều xuất hiện thành từng đơn vị cơ lượng tử (các photon trong trường hợp ánh sáng, và các phonon trong trường hợp âm thanh). Ngoài ra, cả ánh sáng và âm thanh đều có thể được tạo ra dưới dạng những tập hợp ngẫu nhiên của những lượng tử (xét ánh sáng phát ra từ một bóng đèn) hoặc những con sóng có trật tự truyền đi theo kiểu kết hợp (như trường hợp ánh sáng laser). Nhiều nhà vật lí tin rằng tính tương tự nhau đó có hàm ý rằng laser có thể khả thi với trường hợp âm thanh cũng giống như trường hợp ánh sáng. Trong khi âm thanh tần số thấp trong ngưỡng nghe của con người (lên tới 20 kilohertz) dễ dàng được tạo ra ở dạng ngẫu nhiên hoặc có trật tự, thì nhiệm vụ trở nên khó khăn hơn nhiều ở những tần số terahertz (hàng nghìn tỉ hertz) thuộc về địa hạt của những ứng dụng laser phonon tiềm năng. Trở ngại phát sinh từ thực tế là âm thanh truyền đi chậm hơn nhiều so với ánh sáng, thành ra có nghĩa là bước sóng của âm thanh ngắn hơn nhiều so với ánh sáng ở một tần số cho trước. Thay vì mang lại những laser phonon kết hợp, có trật tự, thì những cấu trúc vi mô có thể tạo ra âm thanh terahertz lại có xu hướng phát ra các phonon một cách ngẫu nhiên.

Các nhà nghiên cứu tại Caltech đã khắc phục được trở ngại trên bằng cách lắp ghép một cặp hộp cộng hưởng vi mô chỉ cho phép phát ra những tần số đặc biệt của phonon. Họ còn có thể điều chỉnh hệ để phát ra những phonon có tần số khác nhau bằng cách thay đổi khoảng cách tương đối giữa các hộp cộng hưởng vi mô.

Nhóm nghiên cứu ở trường Đại học Nottingham ở Anh thì chọn một cách tiếp cận khác. Họ chế tạo dụng cụ của mình dựa trên các electron chuyển động qua một dãy cấu trúc gọi là giếng lượng tử. Khi một electron nhảy từ một giếng này sang giếng tiếp theo, nó tạo ra một phonon. Cho đến nay, nhóm Nottingham chưa chứng minh được một sự phát laser phonon thật sự, nhưng hệ của họ khuếch đại âm cao tần theo kiểu cho thấy nó có thể là một thành phần then chốt trong những thiết kế laser phonon tương lai.

Cho dù tiếp cận theo cách này, thì những phát triển trên thật sự là những đột phá trong lộ trình hướng đến các laser phonon thực tế. Laser phonon sẽ phải đi một chặng đường dài nữa để bắt kịp ưu điểm của những người anh em quang học của chúng, nhưng nhiều ứng dụng đã hình dung trong đầu các nhà vật lí, bao gồm những dụng cụ ghi ảnh y khoa, những dụng cụ đo lường chính xác cao, và âm thanh tập trung năng lượng cao, cho thấy các laser gốc âm thanh có thể có tương lai tươi sáng giống như các laser ánh sáng hiện tại.

Theo PhysOrg.Com