Vedci odhaľujú tajomstvá fonónov v novom dizajne trampolín!

Vedci odhaľujú tajomstvá fonónov v novom dizajne trampolín!

Prevratný vývoj vo fyzike vytvoril novú štruktúru, ktorá funguje ako vlnovod pre fonóny. Táto inovatívna technológia, trampolína vyrobená z nitridu kremíka, bola navrhnutá tímom fyzikov z University of Konstanz, University of Copenhagen a ETH Zurich. So šírkou len 0,2 milimetra a podložkou na skákanie s hrúbkou 20 milióntin milimetra sa trampolína vyznačuje vzorom trojuholníkových otvorov a hojdačiek do rôznych smerov. V strede sa objavuje pozoruhodná „trampolína v trampolíne“, pričom vibrácie prebiehajú v dokonalom trojuholníkovom vzore. Takéto vlastnosti umožňujú viesť fonóny „za rohmi“ takmer bez straty.

Fonóny, ktoré sú opísané ako „zvukové kvantá“, sú základnými zložkami vibrácií v kryštálovej mriežke pevnej látky. nahlas uni-konstanz.de Táto trampolína dokáže viesť fonóny v tesných zákrutách až do 120 stupňov so stratou výrazne menšou ako jedna ku desaťtisíc. Táto miera strát je porovnateľná s modernou telekomunikačnou technológiou, čo naznačuje veľký potenciál tejto technológie v praktických aplikáciách.

Výskum a vývoj

Dizajnér tejto fascinujúcej trampolíny, Prof. Dr. Oded Zilberberg, zvažoval aj možnosť vyvinúť model v ľudskej veľkosti. Tento výskum podporujú viaceré inštitúcie vrátane Európskej rady pre výskum a Nemeckej výskumnej nadácie. Výsledky boli nedávno publikované v časopise Nature, čím sa zdôraznila relevantnosť a úroveň inovácie tejto práce.

Tento vývoj prichádza v kontexte, ktorý zdôrazňuje význam fonónových štruktúr a ich aplikáciu v moderných technológiách. Napríklad pri experimentoch Jiade Li a jeho kolegov z Čínskeho inštitútu fyziky bolo fonónové spektrum grafénu zaznamenané vo vysokých detailoch. Tieto štúdie ukazujú, že fonóny v kryštáloch môžu pôsobiť podľa pásovej štruktúry s topologickými vlastnosťami. Grafén už zistil topologické elektróny a nové zistenia naznačujú, že existujú aj topologické fonóny. Ako aps.org uvádza, že je to kľúčové pre pochopenie a vývoj fonónových zariadení.

Topologické fonóny a ich aplikácie

Topologické materiály sa vyznačujú svojimi špeciálnymi vlastnosťami, ako sú povrchové prúdy bez disipácie, ktoré sú menej citlivé na nečistoty a defekty. To otvorilo možnosť vývoja fonónových zariadení, ako sú fonónové diódy. Budúci výskum sa zameria na detekciu topologických fonónových okrajových stavov, čo je dôležité pre technologickú implementáciu.

Okrem inovatívnych návrhov vo výskume fonónov sú dôležité ďalšie poznatky o fonónoch, ktoré sa vyskytujú v kryštáloch zachovávajúcich zrkadlovú alebo inverznú symetriu. V tejto súvislosti výskumníci v nedávnych štúdiách preukázali, že Weyl fonóny existujú v necentrosymetrických štruktúrach. Weyl fonóny sú opísané Chernovským číslom a umožňujú klasifikáciu na základe (skrutkových) rotačných symetrií. nahlas nature.com Tieto topologické fonóny boli experimentálne detegované nepružným röntgenovým rozptylom.

Stručne povedané, kombinácia vývoja technológie trampolín a výskumu topologických fonónov otvára sľubné perspektívy pre budúce technológie. Očakáva sa, že kombinácia teoretických modelov a experimentálnych zistení zaháji novú éru vo fyzike materiálov v tuhom stave.