Forskare avslöjar fononernas hemligheter i ny trampolindesign!

Forskare avslöjar fononernas hemligheter i ny trampolindesign!

En banbrytande utveckling inom fysiken har producerat en ny struktur som fungerar som en vågledare för fononer. Denna innovativa teknik, en studsmatta gjord av kiselnitrid, designades av ett team av fysiker från universitetet i Konstanz, Köpenhamns universitet och ETH Zürich. Med en bredd på bara 0,2 millimeter och en hoppmatta som är 20 miljondelar av en millimeter tjock kännetecknas studsmattan av ett mönster av triangulära hål och gungor i olika riktningar. I mitten uppstår en anmärkningsvärd "studsmatta i en studsmatta", med vibrationerna i ett perfekt triangulärt mönster. Sådana egenskaper gör det möjligt att genomföra fononer "runt hörn" nästan utan förlust.

Fononer, som beskrivs som "ljudkvanta", är väsentliga komponenter i vibrationerna i ett fast kristallgitter. Högt uni-konstanz.de Denna studsmatta kan styra fononer runt snäva svängar på upp till 120 grader, med ett förlustförhållande på anmärkningsvärt mindre än en på tio tusen. Denna förlusthastighet är jämförbar med modern telekommunikationsteknik, vilket indikerar stor potential för denna teknik i praktiska tillämpningar.

Forskning och utveckling

Designern av denna fascinerande studsmatta, Prof. Dr. Oded Zilberberg, har också övervägt möjligheten att utveckla en modell i människostorlek. Denna forskning stöds av flera institutioner, inklusive European Research Council och German Research Foundation. Resultaten publicerades nyligen i tidskriften Nature, vilket understryker detta arbetes relevans och innovationsnivå.

Dessa utvecklingar kommer i ett sammanhang som betonar relevansen av fononiska strukturer och deras tillämpning i modern teknik. Till exempel, i experiment av Jiade Li och hans kollegor vid det kinesiska institutet för fysik, registrerades det fononiska spektrumet av grafen i hög detalj. Dessa studier visar att fononer i kristaller kan agera enligt en bandstruktur med topologiska egenskaper. Grafen har redan upptäckt topologiska elektroner, och de nya fynden tyder på att topologiska fononer också existerar. Hur aps.org rapporterats är detta avgörande för förståelsen och utvecklingen av fononiska enheter.

Topologiska fononer och deras tillämpningar

Topologiska material kännetecknas av sina speciella egenskaper, såsom avledningsfria ytströmmar, som är mindre känsliga för föroreningar och defekter. Detta öppnade möjligheten att utveckla fononiska enheter som fonondioder. Framtida forskning kommer att fokusera på att detektera topologiska fononiska kanttillstånd, vilket är viktigt för teknisk implementering.

Förutom de innovativa designerna inom fononforskning är ytterligare kunskap om fononer som de förekommer i kristaller som bevarar spegel- eller inversionssymmetri viktig. I detta sammanhang har forskare i nyare studier visat att Weyl-fononer finns i icke-centrosymmetriska strukturer. Weyl-fononer beskrivs av Chern-numret och tillåter klassificering baserat på (skruv)rotationssymmetrier. Högt nature.com Dessa topologiska fononer detekterades experimentellt genom oelastisk röntgenspridning.

Sammanfattningsvis öppnar kombinationen av utvecklingen inom trampolinteknik och forskning om topologiska fononer lovande perspektiv för framtida teknologier. Kombinationen av teoretiska modeller och experimentella fynd förväntas inleda en ny era inom fysik av fasta tillståndsmaterial.