Znanstveniki razkrivajo skrivnosti fononov v novem dizajnu trampolina!

Znanstveniki razkrivajo skrivnosti fononov v novem dizajnu trampolina!

Prelomen razvoj v fiziki je ustvaril novo strukturo, ki deluje kot valovod za fonone. To inovativno tehnologijo, trampolin iz silicijevega nitrida, je zasnovala skupina fizikov z Univerze v Konstanzu, Univerze v Kopenhagnu in ETH Zurich. S širino le 0,2 milimetra in skakalno podlogo, ki je debela 20 milijonink milimetra, je za trampolin značilen vzorec trikotnih lukenj in nihanja v različne smeri. V središču se pojavi izjemen "trampolin v trampolinu", pri čemer vibracije potekajo v popolnem trikotnem vzorcu. Takšne lastnosti omogočajo vodenje fononov "okoli vogalov" skoraj brez izgube.

Fononi, ki jih opisujemo kot »zvočne kvante«, so bistvene komponente nihanja v kristalni mreži trdne snovi. Glasno uni-konstanz.de Ta trampolin lahko vodi fonone okoli ozkih zavojev do 120 stopinj, z razmerjem izgube, ki je izjemno manj kot ena proti deset tisoč. Ta stopnja izgube je primerljiva s sodobno telekomunikacijsko tehnologijo, kar kaže na velik potencial te tehnologije v praktični uporabi.

Raziskave in razvoj

Oblikovalec tega fascinantnega trampolina, prof. dr. Oded Zilberberg, je razmišljal tudi o možnosti razvoja modela v človeški velikosti. To raziskavo podpira več institucij, vključno z Evropskim raziskovalnim svetom in Nemško raziskovalno fundacijo. Rezultati so bili nedavno objavljeni v reviji Nature, s čimer so poudarili pomembnost in stopnjo inovativnosti tega dela.

Ta razvoj prihaja v kontekstu, ki poudarja pomembnost fononskih struktur in njihovo uporabo v sodobnih tehnologijah. Na primer, v poskusih Jiadeja Lija in njegovih kolegov na kitajskem inštitutu za fiziko je bil fononični spekter grafena posnet z visokimi podrobnostmi. Te študije kažejo, da lahko fononi v kristalih delujejo v skladu s pasovno strukturo s topološkimi lastnostmi. Grafen je že zaznal topološke elektrone, nove ugotovitve pa kažejo, da obstajajo tudi topološki fononi. kako aps.org poročali, je to ključnega pomena za razumevanje in razvoj fononskih naprav.

Topološki fononi in njihova uporaba

Za topološke materiale so značilne posebne lastnosti, kot so površinski tokovi brez disipacije, ki so manj občutljivi na nečistoče in napake. To je odprlo možnost razvoja fononskih naprav, kot so fononske diode. Prihodnje raziskave bodo usmerjene v detekcijo topoloških fononskih robnih stanj, kar je pomembno za tehnološko implementacijo.

Poleg inovativnih načrtov pri raziskavah fononov je pomembno nadaljnje znanje o fononih, ki se pojavljajo v kristalih, ki ohranjajo zrcalno ali inverzijsko simetrijo. V tem kontekstu so raziskovalci v nedavnih študijah dokazali, da Weylovi fononi obstajajo v necentrosimetričnih strukturah. Weylovi fononi so opisani s Chernovim številom in omogočajo klasifikacijo na podlagi (vijačnih) rotacijskih simetrij. Glasno narava.com Ti topološki fononi so bili eksperimentalno odkriti z neelastičnim sipanjem rentgenskih žarkov.

Če povzamemo, kombinacija razvoja tehnologije trampolina in raziskav topoloških fononov odpira obetavne perspektive za prihodnje tehnologije. Pričakuje se, da bo kombinacija teoretičnih modelov in eksperimentalnih ugotovitev začela novo dobo v fiziki trdnih materialov.