Wetenschappers onthullen geheimen van fononen in nieuw trampoline-ontwerp!

Wetenschappers onthullen geheimen van fononen in nieuw trampoline-ontwerp!

Een baanbrekende ontwikkeling in de natuurkunde heeft een nieuwe structuur opgeleverd die fungeert als golfgeleider voor fononen. Deze innovatieve technologie, een trampoline gemaakt van siliciumnitride, is ontworpen door een team van natuurkundigen van de Universiteit van Konstanz, de Universiteit van Kopenhagen en ETH Zürich. Met een breedte van slechts 0,2 millimeter en een springdoek van 20 miljoenste millimeter dik kenmerkt de trampoline zich door een patroon van driehoekige gaten en zwaait in verschillende richtingen. In het midden ontstaat een opmerkelijke ‘trampoline in een trampoline’, waarbij de trillingen in een perfect driehoekig patroon lopen. Dergelijke eigenschappen maken het mogelijk om fononen vrijwel zonder verlies ‘om de hoek’ te geleiden.

Fononen, die worden beschreven als ‘geluidskwanta’, zijn essentiële componenten van de trillingen in het kristalrooster van een vaste stof. Luidruchtig uni-konstanz.de Deze trampoline kan fononen rond scherpe bochten van maximaal 120 graden leiden, met een verliesratio van opmerkelijk minder dan één op tienduizend. Dit verliespercentage is vergelijkbaar met dat van moderne telecommunicatietechnologie, wat wijst op een groot potentieel voor deze technologie in praktische toepassingen.

Onderzoek en ontwikkeling

De ontwerper van deze fascinerende trampoline, prof. dr. Oded Zilberberg, heeft ook de mogelijkheid overwogen om een ​​model op menselijke maat te ontwikkelen. Dit onderzoek wordt ondersteund door verschillende instellingen, waaronder de European Research Council en de German Research Foundation. De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nature, wat de relevantie en het innovatieniveau van dit werk onderstreept.

Deze ontwikkelingen komen in een context die de relevantie van fononische structuren en hun toepassing in moderne technologieën benadrukt. In experimenten van Jiade Li en zijn collega's van het Chinese Institute of Physics werd bijvoorbeeld het fononische spectrum van grafeen zeer gedetailleerd vastgelegd. Deze onderzoeken tonen aan dat fononen in kristallen kunnen werken volgens een bandstructuur met topologische kenmerken. Grafeen heeft al topologische elektronen gedetecteerd en de nieuwe bevindingen suggereren dat er ook topologische fononen bestaan. Hoe aps.org gemeld, is dit cruciaal voor het begrip en de ontwikkeling van fononische apparaten.

Topologische fononen en hun toepassingen

Topologische materialen worden gekenmerkt door hun bijzondere eigenschappen, zoals dissipatievrije oppervlaktestromen, die minder gevoelig zijn voor onzuiverheden en defecten. Dit opende de mogelijkheid om fononische apparaten zoals fonondiodes te ontwikkelen. Toekomstig onderzoek zal zich richten op het detecteren van topologische fononische randtoestanden, wat belangrijk is voor technologische implementatie.

Naast de innovatieve ontwerpen in het fonononderzoek is verdere kennis over fononen zoals ze voorkomen in kristallen die spiegel- of inversiesymmetrie behouden belangrijk. In deze context hebben onderzoekers in recente onderzoeken aangetoond dat Weyl-fononen voorkomen in niet-centrosymmetrische structuren. Weylfononen worden beschreven door het Tsjerngetal en maken classificatie mogelijk op basis van (schroef)rotatiesymmetrieën. Luidruchtig natuur.com Deze topologische fononen werden experimenteel gedetecteerd door inelastische röntgenverstrooiing.

Samenvattend opent de combinatie van de ontwikkelingen in de trampolinetechnologie en onderzoek naar topologische fononen veelbelovende perspectieven voor toekomstige technologieën. De combinatie van theoretische modellen en experimentele bevindingen zal naar verwachting een nieuw tijdperk inluiden in de fysica van vastestofmaterialen.