A tudósok felfedik a fononok titkait az új trambulintervezésben!

A tudósok felfedik a fononok titkait az új trambulintervezésben!

A fizika úttörő fejleménye egy új szerkezetet hozott létre, amely hullámvezetőként működik a fononok számára. Ezt az innovatív technológiát, a szilícium-nitridből készült trambulint a Konstanzi Egyetem, a Koppenhágai Egyetem és az ETH Zürich fizikusaiból álló csapat tervezte. A mindössze 0,2 milliméter szélességű és 20 milliomod milliméter vastag ugrószőnyeggel a trambulint háromszög alakú lyukak és különböző irányú kilengések jellemzik. Középen egy figyelemre méltó „trambulin a trambulinban” található, a rezgések tökéletes háromszög alakú mintázatban futnak. Az ilyen tulajdonságok lehetővé teszik a fononok „sarok körül” szinte veszteség nélküli vezetését.

A fononok, amelyeket „hangkvantumoknak” neveznek, a szilárd test kristályrácsában fellépő rezgések lényeges összetevői. Hangos uni-konstanz.de Ez a trambulin akár 120 fokos szűk fordulatokban is meg tudja vezetni a fononokat, és a veszteség aránya feltűnően kevesebb, mint egy a tízezerhez. Ez a veszteségarány a modern távközlési technológiához hasonlítható, ami azt jelzi, hogy ebben a technológiában nagy lehetőségek rejlenek a gyakorlati alkalmazásokban.

Kutatás és fejlesztés

Ennek a lenyűgöző trambulinnak a tervezője, Prof. Dr. Oded Zilberberg egy emberméretű modell kifejlesztésének lehetőségét is fontolóra vette. Ezt a kutatást több intézmény is támogatja, köztük az Európai Kutatási Tanács és a Német Kutatási Alapítvány. Az eredményeket a közelmúltban tették közzé a Nature folyóiratban, hangsúlyozva e munka relevanciáját és innovációs szintjét.

Ezek a fejlesztések olyan kontextusba kerülnek, amely hangsúlyozza a fononikus struktúrák relevanciáját és alkalmazásukat a modern technológiákban. Például Jiade Li és munkatársai a Kínai Fizikai Intézetben végzett kísérletekben a grafén fononikus spektrumát nagyon részletesen rögzítették. Ezek a vizsgálatok azt mutatják, hogy a kristályokban lévő fononok topológiai jellemzőkkel rendelkező sávszerkezet szerint működhetnek. A grafén már észlelt topológiai elektronokat, és az új eredmények arra utalnak, hogy topológiai fononok is léteznek. Hogyan aps.org jelentették, ez döntő fontosságú a fononikus eszközök megértéséhez és fejlesztéséhez.

Topológiai fononok és alkalmazásaik

A topológiai anyagokat speciális tulajdonságaik jellemzik, mint például a disszipációmentes felületi áramok, amelyek kevésbé érzékenyek a szennyeződésekre, hibákra. Ez megnyitotta a lehetőséget a fononikus eszközök, például a fonondiódák fejlesztésére. A jövőbeni kutatások középpontjában a topológiai fononikus élállapotok detektálása áll majd, ami a technológiai megvalósítás szempontjából fontos.

A fononkutatás innovatív tervezése mellett fontos további ismeretek a kristályokban előforduló fononokról, megőrizve a tükör vagy az inverziós szimmetriát. Ezzel összefüggésben a kutatók a legújabb tanulmányokban kimutatták, hogy a Weyl-fononok nem-centroszimmetrikus struktúrákban léteznek. A Weyl-fononokat a Chern-szám írja le, és lehetővé teszi a (csavaros) forgásszimmetriákon alapuló osztályozást. Hangos nature.com Ezeket a topológiai fononokat kísérletileg rugalmatlan röntgenszórással detektáltuk.

Összefoglalva, a trambulin technológia fejlődésének és a topológiai fononok kutatásának kombinációja ígéretes távlatokat nyit a jövő technológiája előtt. Az elméleti modellek és a kísérleti eredmények kombinációja várhatóan új korszakot nyit a szilárdtest-anyagok fizikájában.