_ Echipa de cercetare propune un tip nou de cristal acustic cu modificări netede, continue ale proprietăților elastice

La lumină slabă, o pisică vede mult mai bine decât tine, la fel ca și câinii și animalele nocturne. Asta pentru că structura ochiului unei pisici are un tapetum lucidum, un strat asemănător oglinzii imediat în spatele retinei. Lumina care intră în ochi, care nu este focalizată de cristalin pe retină, este reflectată de tapetum lucidum, unde retina are o nouă șansă de a primi lumina, de a o procesa și de a trimite impulsuri către nervul optic.

Oamenii de știință din domeniul opticii numesc acest lucru un cristal fotonic. Pentru o pisică este vorba de niște tije paralele periodice - conține benzi interzise fotonice care sunt folosite pentru a modifica fluxul de lumină, asemănătoare cu benzile de electroni din semiconductori, care sunt regiuni de energie în care nu există stări de energie a electronilor. Aceste materiale au modificări în indicele lor de refracție și astfel modifică și redirecționează propagarea luminii.

Un alt exemplu sunt marcajele reflectorizante de pe pavajul autostrăzilor care strălucesc noaptea de la farurile unei mașini. Cristalele fotonice, ca și acestea din urmă, sunt fabricate prin straturi de pelicule subțiri folosind fotolitografie, găurire, scriere cu laser și alte tehnici.

Cristalele fotonice interzic lumina cu anumite frecvențe în părțile mediului cristalin în care lumina călătorește prin. După cum este definit de știință, astfel de cristale au regiuni periodice, distincte, fiecare cu o constantă dielectrică periodică.

Un dielectric este un material izolator electric, fără electroni sau atomi liberi, opunându-se fluxului de electroni atunci când un câmp electric este aplicat. În schimb, un material dielectric se polarizează atunci când este aplicat un câmp electric, cu moleculele sale îndreptate toate în aceeași direcție. Apa distilată - apa purificată care nu conține minerale - este un material dielectric, la fel și sticla, porțelanul, aerul uscat, hârtia și multe alte materiale. Dielectricii sunt utilizați în condensatoare, afișaje cu cristale lichide și alte dispozitive.

Extinzând acest concept, „cristalele fotonice funcționale” sunt materiale care au o schimbare lină și continuă a indicelui de refracție, în loc de o periodicitate clară și distinctă. . Acest lucru permite controlul electronic rapid al proprietăților unui material.

Există aceleași concepte pentru cristalele fononice. Fononii sunt unde sonore cuantificate, la fel cum fotonii sunt unde de lumină cuantificate. Un cristal fononic este un solid cu modificări continue în proprietățile sale, creând un bandgap pentru energiile fotonice. Structurile artificiale cu o variație periodică a parametrilor elastici pot manipula propagarea undelor elastice.

Acum, o echipă condusă de David Röhlig de la Technische Universität Chemnitz din Germania își propune să creeze cristale fononice funcționale, cu netede și continue modificări ale proprietăților elastice în loc de variații periodice stricte. Cercetarea este publicată în jurnalul Europhysics Letters.

Indicele de refracție pentru sunet s-ar schimba continuu în mediul de propagare, în loc de discontinuități ale funcției de pas. În natură, astfel de substanțe sunt responsabile pentru propagarea undelor lungi a undelor sonore în apă și a undelor sonore curbate în atmosfera inferioară.

Folosind simulări computerizate de înaltă performanță, echipa sa concentrat pe înțelegerea efectului unui mic abaterea proprietăților materialului de la discontinuitatea tipică a funcției de treaptă asupra densității fonice a stărilor de energie.

Rezultatele lor au fost surprinzătoare: chiar și doar mici abateri de la funcția de treaptă ideală a unui material ar putea provoca schimbări mari, radicale în Structura benzii fononice. Acest lucru ar duce la apariția multor caracteristici căutate, cum ar fi decalaje mai mari ale benzilor de fonon și decalaje ale benzilor fononice multiple.

Deoarece densitatea fononică a stărilor se poate schimba atât de repede doar pentru mici modificări ale proprietăților materialului, astfel de proprietăți s-ar dovedi utile în realizarea, de exemplu, a lentilelor fononice în materiale solide sau în apă sau pentru dispozitive noi în știința materialelor, fizica aplicată și inginerie.

„Descoperirile noastre prezintă o nouă perspectivă asupra structurilor fonice”, a spus Röhlig, „oferind o cale suplimentară pentru a induce formarea bandgap-ului în geometrii specifice cărora le lipsește această caracteristică”. Remarcând că convergența rapidă a densității stărilor pe măsură ce parametrii funcției de treaptă se modifică pentru a fi mai continuă, Röhlig observă că schimbările rapide ar eficientiza abordările potențiale de producție.

„Dacă studiile suplimentare pot valida predicțiile noastre experimental, rezultatele noastre ar putea găsi aplicații în microtehnologie și mecatronică pentru proiectarea traductoarelor și actuatoarelor acusto-mecanice”, a spus el.

Chiar și mediile la scară largă ar putea fi modelate, „cum ar fi aranjarea copacilor sau a altor unități de construcție din lemn. , [obiecte] care au un profil de parametri radial continuu cunoscut sau special conceput în ceea ce privește densitatea și proprietățile elastice, pentru a îmbunătăți izolarea fonică a mediului.”

© 2024 Science X Network

(Fluierul)