Forskere avslører hemmeligheter til fononer i nytt trampolinedesign!

Forskere avslører hemmeligheter til fononer i nytt trampolinedesign!

En banebrytende utvikling innen fysikk har produsert en ny struktur som fungerer som en bølgeleder for fononer. Denne innovative teknologien, en trampoline laget av silisiumnitrid, ble designet av et team av fysikere fra Universitetet i Konstanz, Universitetet i København og ETH Zürich. Med en bredde på bare 0,2 millimeter og en hoppematte som er 20 milliondeler av en millimeter tykk, er trampolinen preget av et mønster av trekantede hull og svinger i forskjellige retninger. I midten oppstår en bemerkelsesverdig "trampolin i en trampoline", med vibrasjonene som går i et perfekt trekantet mønster. Slike egenskaper gjør det mulig å utføre fononer "rundt hjørner" nesten uten tap.

Fononer, som beskrives som "lydkvanter", er essensielle komponenter i vibrasjonene i krystallgitteret til et fast stoff. Høyt uni-konstanz.de Denne trampolinen kan lede fononer rundt trange svinger på opptil 120 grader, med et tapsforhold på bemerkelsesverdig mindre enn én av ti tusen. Denne tapsraten er sammenlignbar med moderne telekommunikasjonsteknologi, noe som indikerer et stort potensial for denne teknologien i praktiske applikasjoner.

Forskning og utvikling

Designeren av denne fascinerende trampolinen, prof. Dr. Oded Zilberberg, har også vurdert muligheten for å utvikle en modell i menneskestørrelse. Denne forskningen er støttet av flere institusjoner, inkludert European Research Council og German Research Foundation. Resultatene ble nylig publisert i tidsskriftet Nature, og understreker relevansen og innovasjonsnivået til dette arbeidet.

Disse utviklingene kommer i en kontekst som understreker relevansen av fononiske strukturer og deres anvendelse i moderne teknologier. For eksempel, i eksperimenter av Jiade Li og hans kolleger ved det kinesiske instituttet for fysikk, ble det fononiske spekteret til grafen registrert i høy detalj. Disse studiene viser at fononer i krystaller kan virke i henhold til en båndstruktur med topologiske trekk. Grafen har allerede oppdaget topologiske elektroner, og de nye funnene tyder på at topologiske fononer også eksisterer. Hvordan aps.org rapportert, er dette avgjørende for forståelsen og utviklingen av fononiske enheter.

Topologiske fononer og deres anvendelser

Topologiske materialer kjennetegnes ved sine spesielle egenskaper, som for eksempel avledningsfrie overflatestrømmer, som er mindre følsomme for urenheter og defekter. Dette åpnet muligheten for å utvikle fononiske enheter som fonondioder. Fremtidig forskning vil fokusere på å oppdage topologiske fononiske kanttilstander, noe som er viktig for teknologisk implementering.

I tillegg til de innovative designene innen fononforskning, er ytterligere kunnskap om fononer slik de forekommer i krystaller som bevarer speil- eller inversjonssymmetri viktig. I denne sammenhengen har forskere vist i nyere studier at Weyl-fononer eksisterer i ikke-sentrosymmetriske strukturer. Weyl-fononer er beskrevet av Chern-nummeret og tillater klassifisering basert på (skrue) rotasjonssymmetrier. Høyt nature.com Disse topologiske fononene ble eksperimentelt oppdaget ved uelastisk røntgenspredning.

Oppsummert åpner kombinasjonen av utviklingen innen trampolineteknologi og forskning på topologiske fononer lovende perspektiver for fremtidige teknologier. Kombinasjonen av teoretiske modeller og eksperimentelle funn forventes å innlede en ny æra i fysikken til faststoffmaterialer.