Engineering Phonons in Hybrid Nanostructures by Design and Understanding Their Roles in A Few Physical Processes

通过设计和了解声子在一些物理过程中的作用来工程混合纳米结构中的声子

基本信息

  • 批准号:
    1608720
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 44.16万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-06-01 至 2020-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Non-Technical AbstractPhonons are the collective vibrations of the atoms in a solid and can be thought of as particles moving though the solid. They are responsible for many properties such as the thermal conductivity and thermal expansion of materials. They even play a role in how materials will perform in new applications such as for quantum computing. Understanding, and even harnessing, how these particles interact with each other is essential for designing and optimizing new materials. This project focuses on understanding how phonons interact in a few select physical processes. This research is accomplished by employing multidisciplinary experimental tools, ranging from materials design and synthesis of colloidal quantum structures to ultrafast optical spectroscopy, and it thus provides a fertile ground for students' training, K-12 outreach and curriculum development. Technical AbstractThis project supports an experimental activity with a goal to understand phononic interactions at the nanoscale and to address a few phonon-mediated fundamental processes by adopting a multi-pronged experimental approach. It particularly combines ultrafast optical spectroscopy with pre-designed colloidal hybrid nanostructures that can possess well-defined nanoscale interface topology for phonon engineering. This research directly involves graduate students training in tools and techniques needed to address a few fundamental issues: effect of interfacial symmetry (centrosymmetric vs. non-centrosymmetric interfaces) on nanoscale phonon characteristics; all optical control of interfacially coupled phonons and their interplay in time domain; understanding interactions between optically excited phonons and other quantum dynamics. Accomplishment of this project should advance our nanoscale materials engineering capability and new design guidelines for desirable phonon properties, as well as our understanding of phonon-dependent physical processes. This work is additionally important because hybrid nanostructures with well-defined interface topology for phonon engineering can be utilized as building blocks for functional phononic devices. In addition to graduate and undergraduate students' laboratory training, this project also allows for integrated education platform with cutting-edge research activities in classroom and various outreach activities with particular focus on underrepresented minority students' education.
非技术抽象形成是原子中原子的集体振动,可以将其视为颗粒在固体中移动。 它们负责许多属性,例如材料的热导率和热膨胀。 它们甚至在材料在新应用中的性能(例如量子计算)中发挥作用。 理解甚至利用这些粒子相互作用,对于设计和优化新材料至关重要。该项目着重于了解声子如何在一些精选的物理过程中相互作用。这项研究是通过采用多学科实验工具来完成的,从材料设计和胶体量子结构的合成到超快的光学光谱,因此为学生的培训,K-12外展和课程开发提供了肥沃的基础。技术摘要该项目支持实验活动,其目标是了解纳米级的语音相互作用,并通过采用多种备受的实验方法来解决一些声子介导的基本过程。它特别将超快的光谱与预设计的胶体混合纳米结构结合在一起,这些纳米结构可以具有定义明确的纳米级界面拓扑拓扑。这项研究直接涉及研究生在解决一些基本问题所需的工具和技术方面的培训:界面对称性(中心对称性与非中心对称界面)对纳米级声子特征的影响;所有界面耦合声子及其相互作用的光学控制;了解光学激发的声子和其他量子动力学之间的相互作用。该项目的完成应推进我们的纳米级材料工程能力和所需的声子属性的新设计指南,以及我们对依赖语音子依赖的物理过程的理解。这项工作也很重要,因为可以将具有明确定义的界面工程界面拓扑的混合纳米结构用作功能性语音设备的构建块。除了研究生和本科生的实验室培训外,该项目还允许在课堂和各种外展活动中进行综合教育平台,并特别关注代表性不足的少数民族学生的教育。

项目成果

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