العلماء يكشفون أسرار الفونونات في تصميم الترامبولين الجديد!

العلماء يكشفون أسرار الفونونات في تصميم الترامبولين الجديد!

أنتج التطور الرائد في الفيزياء بنية جديدة تعمل كدليل موجي للفونونات. تم تصميم هذه التكنولوجيا المبتكرة، وهي عبارة عن ترامبولين مصنوع من نيتريد السيليكون، من قبل فريق من علماء الفيزياء من جامعة كونستانز، وجامعة كوبنهاغن والمعهد الفدرالي للتكنولوجيا في زيورخ. مع عرض يبلغ 0.2 ملم فقط وحصيرة قفز تبلغ سماكتها 20 جزءًا من المليون من المليمتر، يتميز الترامبولين بنمط من الثقوب المثلثة والتأرجح في اتجاهات مختلفة. في المركز، يحدث "ترامبولين داخل الترامبولين" الرائع، حيث تعمل الاهتزازات بنمط مثلث مثالي. مثل هذه الخصائص تجعل من الممكن إجراء الفونونات "في الزوايا" دون أي خسارة تقريبًا.

الفونونات، والتي توصف بأنها "كمات الصوت"، هي مكونات أساسية للاهتزازات في الشبكة البلورية للمادة الصلبة. عالي uni-konstanz.de يمكن لهذا الترامبولين توجيه الفونونات حول المنعطفات الضيقة التي تصل إلى 120 درجة، مع نسبة خسارة أقل بشكل ملحوظ من واحد في عشرة آلاف. ومعدل الخسارة هذا يضاهي تكنولوجيا الاتصالات الحديثة، مما يشير إلى الإمكانات الكبيرة لهذه التكنولوجيا في التطبيقات العملية.

البحث والتطوير

وقد فكر مصمم هذا الترامبولين الرائع، البروفيسور الدكتور عوديد زيلبربيرج، في إمكانية تطوير نموذج بحجم الإنسان. ويحظى هذا البحث بدعم العديد من المؤسسات، بما في ذلك مجلس البحوث الأوروبي ومؤسسة الأبحاث الألمانية. وقد نُشرت النتائج مؤخرًا في مجلة Nature، مما يؤكد أهمية هذا العمل ومستوى الابتكار فيه.

وتأتي هذه التطورات في سياق يؤكد على أهمية الهياكل الصوتية وتطبيقاتها في التقنيات الحديثة. على سبيل المثال، في التجارب التي أجراها جيادي لي وزملاؤه في المعهد الصيني للفيزياء، تم تسجيل الطيف الصوتي للجرافين بتفاصيل عالية. تُظهر هذه الدراسات أن الفونونات الموجودة في البلورات يمكن أن تعمل وفقًا لبنية شريطية ذات سمات طوبولوجية. لقد اكتشف الجرافين بالفعل إلكترونات طوبولوجية، وتشير النتائج الجديدة إلى وجود الفونونات الطوبولوجية أيضًا. كيف aps.org ذكرت، وهذا أمر بالغ الأهمية لفهم وتطوير الأجهزة الصوتية.

الفونونات الطوبولوجية وتطبيقاتها

وتتميز المواد الطوبولوجية بخصائصها الخاصة، مثل التيارات السطحية الخالية من التبدد، والتي تكون أقل حساسية للشوائب والعيوب. وقد فتح هذا إمكانية تطوير الأجهزة الصوتية مثل الثنائيات الصوتية. سوف تركز الأبحاث المستقبلية على اكتشاف حالات الحافة الصوتية الطوبولوجية، وهو أمر مهم للتنفيذ التكنولوجي.

بالإضافة إلى التصاميم المبتكرة في أبحاث الفونونات، من المهم معرفة المزيد عن الفونونات أثناء حدوثها في البلورات التي تحافظ على المرآة أو التماثل الانعكاسي. في هذا السياق، أثبت الباحثون في الدراسات الحديثة أن فونونات ويل موجودة في هياكل غير متناظرة مركزيًا. يتم وصف فونونات فايل برقم تشيرن وتسمح بالتصنيف على أساس التماثلات الدورانية (المسمارية). عالي Nature.com تم اكتشاف هذه الفونونات الطوبولوجية تجريبيًا عن طريق تشتت الأشعة السينية غير المرنة.

باختصار، فإن الجمع بين التطورات في تكنولوجيا الترامبولين والأبحاث المتعلقة بالفونونات الطوبولوجية يفتح آفاقًا واعدة للتقنيات المستقبلية. من المتوقع أن يؤدي الجمع بين النماذج النظرية والنتائج التجريبية إلى بداية حقبة جديدة في فيزياء المواد الصلبة.