Οι επιστήμονες αποκαλύπτουν τα μυστικά των φωνονίων στο νέο σχέδιο τραμπολίνου!

Οι επιστήμονες αποκαλύπτουν τα μυστικά των φωνονίων στο νέο σχέδιο τραμπολίνου!

Μια πρωτοποριακή εξέλιξη στη φυσική έχει δημιουργήσει μια νέα δομή που λειτουργεί ως κυματοδηγός για τα φωνόνια. Αυτή η καινοτόμος τεχνολογία, ένα τραμπολίνο από νιτρίδιο του πυριτίου, σχεδιάστηκε από μια ομάδα φυσικών από το Πανεπιστήμιο της Konstanz, το Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης και το ETH της Ζυρίχης. Με πλάτος μόλις 0,2 χιλιοστών και χαλάκι άλματος που έχει πάχος 20 εκατομμυριοστών του χιλιοστού, το τραμπολίνο χαρακτηρίζεται από ένα σχέδιο τριγωνικών οπών και κουνιών σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Στο κέντρο, εμφανίζεται ένα αξιοσημείωτο «τραμπολίνο μέσα σε τραμπολίνο», με τις δονήσεις να τρέχουν σε ένα τέλειο τριγωνικό σχέδιο. Τέτοιες ιδιότητες καθιστούν δυνατή τη μεταφορά φωνονίων "γύρω από τις γωνίες" χωρίς σχεδόν καμία απώλεια.

Τα φωνόνια, τα οποία περιγράφονται ως «ηχητικά κβάντα», είναι βασικά συστατικά των δονήσεων στο κρυσταλλικό πλέγμα ενός στερεού. Μεγαλόφωνος uni-konstanz.de Αυτό το τραμπολίνο μπορεί να καθοδηγήσει τα φωνόνια σε σφιχτές στροφές έως και 120 μοιρών, με αναλογία απωλειών εντυπωσιακά μικρότερη από μία στις δέκα χιλιάδες. Αυτό το ποσοστό απώλειας είναι συγκρίσιμο με τη σύγχρονη τεχνολογία τηλεπικοινωνιών, υποδεικνύοντας μεγάλες δυνατότητες για αυτήν την τεχνολογία σε πρακτικές εφαρμογές.

Ερευνα και αξιοποίηση

Ο σχεδιαστής αυτού του συναρπαστικού τραμπολίνου, ο Καθ. Δρ. Oded Zilberberg, έχει επίσης εξετάσει την πιθανότητα να αναπτύξει ένα μοντέλο σε ανθρώπινο μέγεθος. Αυτή η έρευνα υποστηρίζεται από πολλά ιδρύματα, συμπεριλαμβανομένου του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου Έρευνας και του Γερμανικού Ιδρύματος Ερευνών. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο περιοδικό Nature, υπογραμμίζοντας τη συνάφεια και το επίπεδο καινοτομίας αυτής της εργασίας.

Αυτές οι εξελίξεις έρχονται σε ένα πλαίσιο που τονίζει τη συνάφεια των φωνωνικών δομών και την εφαρμογή τους στις σύγχρονες τεχνολογίες. Για παράδειγμα, σε πειράματα του Jiade Li και των συναδέλφων του στο Κινεζικό Ινστιτούτο Φυσικής, το φωνονικό φάσμα του γραφενίου καταγράφηκε με μεγάλη λεπτομέρεια. Αυτές οι μελέτες δείχνουν ότι τα φωνόνια στους κρυστάλλους μπορούν να δράσουν σύμφωνα με μια δομή ζώνης με τοπολογικά χαρακτηριστικά. Το γραφένιο έχει ήδη ανιχνεύσει τοπολογικά ηλεκτρόνια και τα νέα ευρήματα υποδηλώνουν ότι υπάρχουν και τοπολογικά φωνόνια. Πως aps.org αναφέρεται, αυτό είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση και την ανάπτυξη των φωνητικών συσκευών.

Τοπολογικά φωνόνια και οι εφαρμογές τους

Τα τοπολογικά υλικά χαρακτηρίζονται από τις ιδιαίτερες ιδιότητές τους, όπως τα επιφανειακά ρεύματα χωρίς διασπορά, τα οποία είναι λιγότερο ευαίσθητα σε ακαθαρσίες και ελαττώματα. Αυτό άνοιξε τη δυνατότητα ανάπτυξης φωνονικών συσκευών όπως διόδους φωνονίων. Η μελλοντική έρευνα θα επικεντρωθεί στην ανίχνευση τοπολογικών φωνονικών καταστάσεων ακμών, κάτι που είναι σημαντικό για την τεχνολογική εφαρμογή.

Εκτός από τα καινοτόμα σχέδια στην έρευνα των φωνονίων, είναι σημαντική η περαιτέρω γνώση σχετικά με τα φωνόνια όπως εμφανίζονται σε κρυστάλλους που διατηρούν τη συμμετρία κατόπτρου ή αναστροφής. Σε αυτό το πλαίσιο, οι ερευνητές έχουν αποδείξει σε πρόσφατες μελέτες ότι τα φωνόνια Weyl υπάρχουν σε μη κεντροσυμμετρικές δομές. Τα φωνόνια Weyl περιγράφονται με τον αριθμό Chern και επιτρέπουν την ταξινόμηση με βάση τις (βιδωτές) περιστροφικές συμμετρίες. Μεγαλόφωνος φύση.com Αυτά τα τοπολογικά φωνόνια ανιχνεύθηκαν πειραματικά με ανελαστική σκέδαση ακτίνων Χ.

Συνοπτικά, ο συνδυασμός των εξελίξεων στην τεχνολογία του τραμπολίνου και της έρευνας σε τοπολογικά φωνόνια ανοίγει πολλά υποσχόμενες προοπτικές για τις μελλοντικές τεχνολογίες. Ο συνδυασμός θεωρητικών μοντέλων και πειραματικών ευρημάτων αναμένεται να εγκαινιάσει μια νέα εποχή στη φυσική των υλικών στερεάς κατάστασης.