Vědci odhalují tajemství fononů v novém designu trampolíny!

Vědci odhalují tajemství fononů v novém designu trampolíny!

Převratný vývoj ve fyzice vytvořil novou strukturu, která funguje jako vlnovod pro fonony. Tato inovativní technologie, trampolína vyrobená z nitridu křemíku, byla navržena týmem fyziků z University of Konstanz, University of Copenhagen a ETH Zurich. S šířkou pouhých 0,2 milimetru a skákací podložkou o tloušťce 20 miliontin milimetru se trampolína vyznačuje vzorem trojúhelníkových otvorů a houpačkami do různých směrů. Uprostřed se objevuje pozoruhodná „trampolína v trampolíně“, jejíž vibrace běží v dokonalém trojúhelníkovém vzoru. Takové vlastnosti umožňují vést fonony „za rohy“ téměř bez ztrát.

Fonony, které jsou popisovány jako „zvuková kvanta“, jsou základními složkami vibrací v krystalové mřížce pevné látky. Hlasitý uni-konstanz.de Tato trampolína může vést fonony v těsných zatáčkách až o 120 stupňů se ztrátovým poměrem výrazně menším než jedna ku deseti tisícům. Tato ztrátovost je srovnatelná s moderní telekomunikační technologií, což ukazuje na velký potenciál této technologie v praktických aplikacích.

Výzkum a vývoj

Návrhář této fascinující trampolíny, prof. Dr. Oded Zilberberg, také zvažoval možnost vývoje modelu v lidské velikosti. Tento výzkum je podporován několika institucemi, včetně Evropské rady pro výzkum a Německé výzkumné nadace. Výsledky byly nedávno publikovány v časopise Nature, což podtrhuje relevanci a úroveň inovace této práce.

Tento vývoj přichází v kontextu, který zdůrazňuje význam fononických struktur a jejich aplikaci v moderních technologiích. Například při experimentech Jiade Li a jeho kolegů z Čínského fyzikálního institutu bylo fononické spektrum grafenu zaznamenáno s vysokými detaily. Tyto studie ukazují, že fonony v krystalech mohou působit podle pásové struktury s topologickými rysy. Grafen již detekoval topologické elektrony a nové poznatky naznačují, že existují také topologické fonony. Jak aps.org uvádí, že je to zásadní pro pochopení a vývoj fononických zařízení.

Topologické fonony a jejich aplikace

Topologické materiály se vyznačují svými speciálními vlastnostmi, jako jsou povrchové proudy bez disipace, které jsou méně citlivé na nečistoty a defekty. To otevřelo možnost vývoje fononových zařízení, jako jsou fononové diody. Budoucí výzkum se zaměří na detekci topologických fononických okrajových stavů, což je důležité pro technologickou implementaci.

Kromě inovativních návrhů ve výzkumu fononů jsou důležité další znalosti o fononech, jak se vyskytují v krystalech zachovávajících zrcadlovou nebo inverzní symetrii. V této souvislosti výzkumníci v nedávných studiích prokázali, že Weylovy fonony existují v necentrosymetrických strukturách. Weyl fonony jsou popsány číslem Chern a umožňují klasifikaci na základě (šroubových) rotačních symetrií. Hlasitý nature.com Tyto topologické fonony byly experimentálně detekovány neelastickým rozptylem rentgenového záření.

Stručně řečeno, kombinace vývoje trampolínové technologie a výzkumu topologických fononů otevírá slibné perspektivy pro budoucí technologie. Očekává se, že kombinace teoretických modelů a experimentálních poznatků zahájí novou éru ve fyzice materiálů v pevné fázi.