Tiedemiehet paljastavat fononien salaisuudet uudessa trampoliinisuunnittelussa!

Tiedemiehet paljastavat fononien salaisuudet uudessa trampoliinisuunnittelussa!

Fysiikan uraauurtava kehitys on tuottanut uuden rakenteen, joka toimii fononien aaltoputkena. Tämän innovatiivisen teknologian, piinitridistä valmistetun trampoliinin, suunnitteli Konstanzin yliopiston, Kööpenhaminan yliopiston ja ETH Zürichin fyysikot. Vain 0,2 millimetrin leveyden ja 20 millimetrin miljoonasosan paksuisen hyppymaton trampoliinille on ominaista kolmiomaisten reikien ja eri suuntiin keinuvien kuviointi. Keskellä on merkittävä "trampoliini trampoliinissa", jonka värinät kulkevat täydellisessä kolmiomaisessa kuviossa. Tällaiset ominaisuudet mahdollistavat fononien johtamisen "nurkkien ympäri" lähes häviöttömästi.

Fononit, joita kuvataan "äänikvanteiksi", ovat olennaisia ​​​​komponentteja kiinteän aineen kidehilassa. äänekäs uni-konstanz.de Tämä trampoliini pystyy ohjaamaan fononeja jopa 120 asteen tiukoissa käännöksissä, jolloin häviösuhde on huomattavasti vähemmän kuin yksi kymmenestä tuhannesta. Tämä häviösuhde on verrattavissa nykyaikaiseen tietoliikennetekniikkaan, mikä osoittaa tämän tekniikan suuria mahdollisuuksia käytännön sovelluksissa.

Tutkimus ja kehitys

Tämän kiehtovan trampoliinin suunnittelija, prof. tohtori Oded Zilberberg on myös harkinnut mahdollisuutta kehittää ihmisen kokoinen malli. Tätä tutkimusta tukevat useat laitokset, mukaan lukien Euroopan tutkimusneuvosto ja Saksan tutkimussäätiö. Tulokset julkaistiin äskettäin Nature-lehdessä, ja ne korostavat tämän työn merkitystä ja innovaatiotasoa.

Tämä kehitys tulee kontekstiin, joka korostaa fononisten rakenteiden merkitystä ja niiden soveltamista nykyaikaisissa teknologioissa. Esimerkiksi Jiade Li ja hänen Kiinan fysiikan instituutissa työskentelevien kollegoidensa kokeissa grafeenin fononinen spektri tallennettiin erittäin yksityiskohtaisesti. Nämä tutkimukset osoittavat, että kiteiden fononit voivat toimia nauharakenteen mukaisesti, jolla on topologisia piirteitä. Grafeeni on jo havainnut topologisia elektroneja, ja uudet löydökset viittaavat siihen, että myös topologisia fononeja on olemassa. Miten aps.org raportoitu, tämä on ratkaisevan tärkeää fononisten laitteiden ymmärtämisen ja kehittämisen kannalta.

Topologiset fononit ja niiden sovellukset

Topologisille materiaaleille on tunnusomaista niiden erityisominaisuudet, kuten dissipaatiovapaat pintavirrat, jotka ovat vähemmän herkkiä epäpuhtauksille ja vioille. Tämä avasi mahdollisuuden kehittää fononisia laitteita, kuten fononidiodeja. Tulevaisuuden tutkimus keskittyy topologisten fononisten reunatilojen havaitsemiseen, mikä on tärkeää teknologisen toteutuksen kannalta.

Fononitutkimuksen innovatiivisten suunnitelmien lisäksi lisätietoa fononeista sellaisena kuin ne esiintyvät kiteissä, jotka säilyttävät peili- tai inversiosymmetrian. Tässä yhteydessä tutkijat ovat osoittaneet viimeaikaisissa tutkimuksissa, että Weyl-fononeja esiintyy ei-keskosymmetrisissä rakenteissa. Weyl-fononeja kuvataan Chernin numerolla ja ne mahdollistavat luokittelun (ruuvi)kiertosymmetrioiden perusteella. äänekäs nature.com Nämä topologiset fononit havaittiin kokeellisesti joustamattomalla röntgensironnalla.

Yhteenvetona voidaan todeta, että trampoliiniteknologian kehityksen ja topologisten fononien tutkimuksen yhdistäminen avaa lupaavia näkymiä tulevaisuuden teknologioille. Teoreettisten mallien ja kokeellisten löydösten yhdistelmän odotetaan käynnistävän uuden aikakauden kiinteän olomuodon materiaalien fysiikassa.