Учените разкриват тайните на фононите в нов дизайн на батут!

Учените разкриват тайните на фононите в нов дизайн на батут!

Революционно развитие във физиката създаде нова структура, която действа като вълновод за фонони. Тази иновативна технология, батут, изработен от силициев нитрид, е проектирана от екип от физици от университета в Констанц, университета в Копенхаген и ETH Zurich. С ширина от само 0,2 милиметра и постелка за скачане с дебелина 20 милионни от милиметъра, батутът се характеризира с модел от триъгълни дупки и люлеене в различни посоки. В центъра се появява забележителен „батут в батут“, като вибрациите протичат в перфектен триъгълен модел. Такива свойства позволяват да се провеждат фонони „около ъглите“ почти без загуба.

Фононите, които се описват като „звукови кванти“, са съществени компоненти на вибрациите в кристалната решетка на твърдото тяло. Силно uni-konstanz.de Този батут може да насочва фонони около тесни завои до 120 градуса, с коефициент на загуби забележително по-малко от едно на десет хиляди. Този процент на загуби е сравним със съвременните телекомуникационни технологии, което показва голям потенциал за тази технология в практически приложения.

Проучване и развитие

Дизайнерът на този завладяващ батут, проф. д-р Одед Зилберберг, също е разгледал възможността за разработване на модел с човешки размери. Това изследване е подкрепено от няколко институции, включително Европейския съвет за научни изследвания и Германската изследователска фондация. Резултатите бяха публикувани наскоро в списание Nature, подчертавайки уместността и нивото на иновация на тази работа.

Тези разработки идват в контекст, който подчертава уместността на фононните структури и тяхното приложение в съвременните технологии. Например, в експерименти на Jiade Li и колегите му от Китайския институт по физика, фононният спектър на графена е записан с високи детайли. Тези изследвания показват, че фононите в кристалите могат да действат според лентова структура с топологични характеристики. Графенът вече е открил топологични електрони и новите открития предполагат, че съществуват и топологични фонони. как aps.org това е от решаващо значение за разбирането и развитието на фононични устройства.

Топологични фонони и техните приложения

Топологичните материали се характеризират със своите специални свойства, като повърхностни течения без разсейване, които са по-малко чувствителни към примеси и дефекти. Това отвори възможността за разработване на фононни устройства като фононни диоди. Бъдещите изследвания ще се фокусират върху откриването на топологични фононни крайни състояния, което е важно за технологичното внедряване.

В допълнение към иновативните дизайни в изследването на фонони, важни са по-нататъшните познания за фононите, които се появяват в кристали, запазвайки огледалната или инверсионната симетрия. В този контекст изследователите демонстрираха в последните проучвания, че фононите на Weyl съществуват в нецентросиметрични структури. Фононите на Weyl се описват от числото на Chern и позволяват класификация въз основа на (винтова) ротационна симетрия. Силно nature.com Тези топологични фонони бяха експериментално открити чрез нееластично рентгеново разсейване.

В обобщение, комбинацията от развитието на технологията на батута и изследванията върху топологичните фонони отваря обещаващи перспективи за бъдещи технологии. Очаква се комбинацията от теоретични модели и експериментални открития да постави началото на нова ера във физиката на материалите в твърдо състояние.