Oamenii de știință dezvăluie secretele fonoanelor în noul design de trambuline!

Oamenii de știință dezvăluie secretele fonoanelor în noul design de trambuline!

O dezvoltare revoluționară în fizică a produs o nouă structură care acționează ca un ghid de undă pentru fononi. Această tehnologie inovatoare, o trambulină din nitrură de siliciu, a fost proiectată de o echipă de fizicieni de la Universitatea din Konstanz, Universitatea din Copenhaga și ETH Zurich. Cu o lățime de doar 0,2 milimetri și un covoraș de sărituri cu o grosime de 20 de milioane de milimetru, trambulina este caracterizată de un model de găuri triunghiulare și leagăne în direcții diferite. În centru, apare o „trambulină într-o trambulină” remarcabilă, cu vibrațiile rulând într-un model triunghiular perfect. Astfel de proprietăți fac posibilă conducerea fononilor „în jurul colțurilor” aproape fără pierderi.

Fononii, care sunt descriși ca „cuante de sunet”, sunt componente esențiale ale vibrațiilor din rețeaua cristalină a unui solid. Tare uni-konstanz.de Această trambulină poate ghida fononii în virajele strânse de până la 120 de grade, cu un raport de pierdere remarcabil mai mic de unul din zece mii. Această rată a pierderilor este comparabilă cu tehnologia modernă de telecomunicații, indicând un potențial mare pentru această tehnologie în aplicații practice.

Cercetare și dezvoltare

Designerul acestei trambuline fascinante, prof. dr. Oded Zilberberg, a luat în considerare și posibilitatea dezvoltării unui model de dimensiune umană. Această cercetare este susținută de mai multe instituții, inclusiv Consiliul European de Cercetare și Fundația Germană pentru Cercetare. Rezultatele au fost publicate recent în revista Nature, subliniind relevanța și nivelul de inovație al acestei lucrări.

Aceste evoluții vin într-un context care subliniază relevanța structurilor fononice și aplicarea lor în tehnologiile moderne. De exemplu, în experimentele efectuate de Jiade Li și colegii săi de la Institutul Chinez de Fizică, spectrul fononic al grafenului a fost înregistrat în detaliu. Aceste studii arată că fononii din cristale pot acționa conform unei structuri de bandă cu caracteristici topologice. Grafenul a detectat deja electroni topologici, iar noile descoperiri sugerează că există și fononi topologici. Cum aps.org raportat, acest lucru este crucial pentru înțelegerea și dezvoltarea dispozitivelor fononice.

Fononi topologici și aplicațiile lor

Materialele topologice se caracterizează prin proprietățile lor speciale, cum ar fi curenții de suprafață fără disipare, care sunt mai puțin sensibili la impurități și defecte. Acest lucru a deschis posibilitatea dezvoltării dispozitivelor fononice, cum ar fi diodele fonice. Cercetările viitoare se vor concentra pe detectarea stărilor de margine fononice topologice, ceea ce este important pentru implementarea tehnologică.

Pe lângă modelele inovatoare din cercetarea fononilor, sunt importante cunoștințe suplimentare despre fononi, așa cum apar în cristale, care păstrează oglinda sau simetria inversă. În acest context, cercetătorii au demonstrat în studii recente că fononii Weyl există în structuri non-centrosimetrice. Fononii Weyl sunt descriși de numărul Chern și permit clasificarea pe baza simetriilor de rotație (șurub). Tare nature.com Acești fononi topologici au fost detectați experimental prin împrăștiere inelastică a razelor X.

Pe scurt, combinația dintre dezvoltarea tehnologiei trambulinelor și cercetarea pe fononi topologici deschide perspective promițătoare pentru tehnologiile viitoare. Combinația de modele teoretice și descoperiri experimentale este de așteptat să inaugureze o nouă eră în fizica materialelor în stare solidă.