Mokslininkai atskleidžia fononų paslaptis naujame batuto dizaine!

Mokslininkai atskleidžia fononų paslaptis naujame batuto dizaine!

Novatoriškas fizikos vystymasis sukūrė naują struktūrą, kuri veikia kaip fononų bangolaidis. Šią novatorišką technologiją – iš silicio nitrido pagamintą batutą – sukūrė Konstanco universiteto, Kopenhagos universiteto ir ETH Ciuricho fizikų komanda. Vos 0,2 milimetro pločio ir 20 milijonųjų milimetro dalių storio šokinėjimo kilimėliui būdingas trikampių skylių raštas ir sūpynės skirtingomis kryptimis. Centre atsiranda nuostabus „bautas batutyje“, kurio vibracijos veikia tobulai trikampiu būdu. Tokios savybės leidžia vesti fononus „už kampų“ beveik be nuostolių.

Fononai, kurie apibūdinami kaip „garso kvantai“, yra esminiai kietojo kūno kristalinės gardelės virpesių komponentai. Garsiai uni-konstanz.de Šis batutas gali nukreipti fononus į siaurus posūkius iki 120 laipsnių, o nuostolių santykis yra žymiai mažesnis nei vienas iš dešimties tūkstančių. Šis nuostolių lygis yra panašus į šiuolaikines telekomunikacijų technologijas, o tai rodo didelį šios technologijos potencialą praktiškai pritaikyti.

Tyrimai ir plėtra

Šio žavaus batuto dizaineris prof. daktaras Odedas Zilberbergas taip pat svarstė galimybę sukurti žmogaus dydžio modelį. Šį tyrimą remia kelios institucijos, įskaitant Europos mokslinių tyrimų tarybą ir Vokietijos tyrimų fondą. Rezultatai neseniai buvo paskelbti žurnale Nature, pabrėžiant šio darbo aktualumą ir naujovių lygį.

Šie pokyčiai vyksta kontekste, kuriame pabrėžiama fononinių struktūrų svarba ir jų pritaikymas šiuolaikinėse technologijose. Pavyzdžiui, Jiade Li ir jo kolegų iš Kinijos fizikos instituto eksperimentuose grafeno fononinis spektras buvo užfiksuotas labai detaliai. Šie tyrimai rodo, kad kristaluose esantys fononai gali veikti pagal juostos struktūrą su topologinėmis savybėmis. Grafenas jau aptiko topologinius elektronus, o nauji atradimai rodo, kad egzistuoja ir topologiniai fononai. Kaip aps.org pranešta, tai labai svarbu norint suprasti ir tobulinti fononinius įrenginius.

Topologiniai fononai ir jų taikymas

Topologinės medžiagos pasižymi ypatingomis savybėmis, tokiomis kaip paviršinės srovės, kurios nėra išsklaidytos, kurios yra mažiau jautrios priemaišoms ir defektams. Tai atvėrė galimybę sukurti fononinius įrenginius, tokius kaip fononiniai diodai. Būsimi tyrimai bus skirti topologinių fononinių briaunų būsenų aptikimui, o tai svarbu technologiniam įgyvendinimui.

Be novatoriškų fononų tyrimų projektų, svarbios ir papildomos žinios apie fononus, atsirandančius kristaluose, išsaugančius veidrodinę arba inversinę simetriją. Šiame kontekste mokslininkai neseniai atliktuose tyrimuose įrodė, kad Weyl fononai egzistuoja necentrosimetrinėse struktūrose. Weyl fononai apibūdinami Černo skaičiumi ir leidžia klasifikuoti pagal (sraigtines) sukimosi simetrijas. Garsiai nature.com Šie topologiniai fononai buvo eksperimentiškai aptikti neelastine rentgeno spindulių sklaida.

Apibendrinant galima teigti, kad batutų technologijos raidos ir topologinių fononų tyrimų derinys atveria daug žadančių ateities technologijų perspektyvas. Tikimasi, kad teorinių modelių ir eksperimentinių išvadų derinys pradės naują kietojo kūno medžiagų fizikos erą.