В новом совместном исследовании сотрудники Лаборатории нейтронной физики им. И.М. Франка ОИЯИ демонстрируют, как резонансы интерфейсных состояний в погружённом в воду свинцово-эпоксидном фононном кристалле можно настраивать посредством периодической модуляции акустического импеданса и специально сформированных треугольных текстур поверхности. Фононные кристаллы представляют собой периодические структуры с модуляцией упругих и акустических свойств, что обеспечивает формирование запрещённых зон и локализованных мод по прямой аналогии с многослойными нейтронно-оптическими системами с периодическим контрастом плотности длины рассеяния; за счёт оптимизации толщины слоёв и геометрии межфазных границ (интерфейсов) обе платформы позволяют направлять, фильтровать и локализовать волны с высокой спектральной селективностью.
Научный коллектив ОИЯИ: Заки А. Заки и В. Жакетов. 
В представленной работе все внутренние интерфейсы свинцово-эпоксидной структуры имеют рифленую треугольную текстуру, а две зеркально-симметричные суперячейки соединены таким образом, чтобы обеспечить локализацию резонансного интерфейсного состояния внутри основной запрещённой зоны. Сочетание моделирования методом матриц переноса и расчётов методом конечных элементов показывает, как высота и ширина текстуры, наряду с толщиной слоёв свинца и эпоксидной смолы, а также числом элементарных ячеек, совместно определяют резонансную частоту, ширину запрещённой зоны и ширину линии: умеренное рифление позволяет эффективно перестраивать интерфейсную моду, сохраняя при этом широкую зону непропускания и узкий пик с высокой добротностью, тогда как чрезмерно глубокий или широкий профиль текстуры приводит к сужению запрещённой зоны и уширению резонанса. Полученные результаты позволяют рассматривать текстурированные границы раздела как независимый и эффективный конструктивный параметр для управления локализованными интерфейсными модами в фононных кристаллах на стыке твёрдой и жидкой сред, а также дают практические рекомендации по созданию компактных подводных акустических датчиков на основе стабильных, хорошо изолированных резонансов интерфейсных состояний.
Сверху: Свинцово-эпоксидный фононный кристалл с рифленой границей раздела.
Снизу: Дисперсионная диаграмма, спектры пропускания и частотная зависимость набега фазы отражения ϕ. 
Поскольку лежащий в основе механизм — инженерия зонной структуры, пересечение фаз и защищённая симметрией локализация интерфейсных состояний — является универсальным, аналогичный подход к проектированию может быть перенесён на нейтронную оптику. В этом случае периодические многослойные структуры со специально подобранными контрастом и “текстурой” межфазных границ могут обеспечивать существование мод интерфейсных состояний для использования в нейтронных фильтрах, спин-селективных волноводах и стабильных элементах систем нейтроноводов. Таким образом, данное исследование укрепляет концептуальную связь между управлением акустическими и нейтронными волнами, а также наглядно показывает, как детальное конструирование интерфейсов в фононных кристаллах может послужить основой для создания новых архитектур нейтронно-оптических устройств в ЛНФ.
научный сотрудник ЛНФ Ибрахим Заки Абдельслам Заки «Наша структура на основе фононного кристалла является прямой аналогией многослойных нейтронных систем с контрастом плотности длины рассеяния. Она наглядно демонстрирует, как за счёт детально проработанного рифления границ раздела можно создавать и перестраивать стабильные моды интерфейсных состояний. Данное исследование побудило нас перенести концепцию интерфейсных состояний на нейтронные фильтры, и наш первый нейтронно-оптический проект на основе этих мод уже находится на рецензировании. Это подчёркивает мощный синергетический эффект и тесную взаимосвязь акустических метаматериалов с нейтронной оптикой».
Публикация:
Zaky, Zaky A., Ali Hennache, and V. D. Zhaketov. "Interface-state resonances tuned by layer thickness and surface texture in a Pb/epoxy phononic crystal." International Journal of Modern Physics B (2026): 2650190. https://doi.org/10.1142/S0217979226501900