Site Sponsors
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
Posted in | Nanomaterials

Οι επιστήμονες να βρουν νέο Τοπολογική Συμμετρία σε μεταϋλικά

Published on December 21, 2010 at 1:23 AM

Möbius συμμετρία, η τοπολογική φαινόμενο που παράγει το ήμισυ-στριμμένα λωρίδα με δύο επιφάνειες, αλλά μόνο μία πλευρά, υπήρξε μια πηγή γοητείας από την ανακάλυψή του το 1858 από τον Γερμανό μαθηματικό Αύγουστο Möbius.

Ως καλλιτέχνης MC Escher τόσο ζωντανά αποδεικνύεται στο έργο του "παρέλαση των μυρμηγκιών,« είναι δυνατό να διασχίσει το «μέσα» και «έξω» επιφάνειες του μια λωρίδα Möbius χωρίς διέλευση πάνω από μια άκρη. Για χρόνια, οι επιστήμονες έχουν ψάξει για ένα παράδειγμα της συμμετρίας Möbius σε φυσικά υλικά, χωρίς καμία επιτυχία. Τώρα μια ομάδα επιστημόνων έχει ανακαλύψει συμμετρία Möbius στο μετα-υλικά - υλικά κατασκευασμένα από τεχνητό "άτομα" και "μόρια" με ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητες που προκύπτουν από τη δομή τους και όχι τη χημική τους σύσταση.

Berkeley Lab ερευνητές έχουν ανακαλύψει Möbius συμμετρία στο metamolecular τριμερή κατασκευασμένα από μέταλλα και διηλεκτρικά.

Xiang Zhang, ένας επιστήμονας με το Υπουργείο Εξωτερικών των ΗΠΑ Lawrence Berkeley Ενέργειας National Laboratory (Berkeley Lab) και καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας (UC) Berkeley, οδήγησε μια μελέτη στην οποία ηλεκτρομαγνητικά Möbius συμμετρία ήταν επιτυχία σε σύνθετα metamolecular συστήματα κατασκευασμένα από μέταλλα και διηλεκτρικά. Αυτή η ανακάλυψη ανοίγει το δρόμο για την εύρεση και την αξιοποίηση των φαινομένων μυθιστόρημα σε μετα-υλικά.

"Έχουμε παρατηρήσει πειραματικά ένα νέο τοπολογική συμμετρία σε ηλεκτρομαγνητικά μεταϋλικό συστήματα που είναι ισοδύναμο με τις διαρθρωτικές συμμετρία του Möbius ταινία, με τον αριθμό στροφών που ελέγχονται από τις αλλαγές στο σήμα του συνδέσμου ηλεκτρομαγνητική μεταξύ των μετα-άτομα," λέει ο Zhang. "Έχουμε κατέδειξε ακόμη ότι μετα-υλικά με διαφορετικές ενδείξεις σύζευξης παρουσιάζουν συχνότητες συντονισμού που εξαρτώνται από τον αριθμό αλλά όχι τις θέσεις των ανατροπές. Το γεγονός αυτό επιβεβαιώνει την τοπολογική φύση της συμμετρίας."

Εργασία με μεταλλικό ηχηρή άτομα μετα-ρυθμιστεί ως συνδυασμό split-ring αντηχεία, Zhang και τα μέλη της ερευνητικής ομάδας του συναρμολογούνται τρεις από αυτές τις μετα-ατόμων σε τριμερή. Μέσα από προσεκτικό σχεδιασμό των ηλεκτρομαγνητικές συζεύξεις μεταξύ των συνιστωσών μετα-ατόμων, τα τριμερή εμφανίζεται Möbius C3 συμμετρία - έννοια Möbius κυκλική συμμετρία μέσα από τρεις στροφές των 120 μοιρών. Το Möbius αποτέλεσμα ανατροπές από την αλλαγή των σημείων του ηλεκτρομαγνητικού σταθερές σύζευξης μεταξύ των συστατικών μετα-ατόμων.

"Η τοπολογική συμμετρία Möbius βρήκαμε στη μετα-μόριο τριμερή μας είναι μια νέα συμμετρία δεν βρέθηκε σε φυσικά υλικά ή μόρια." Zhang λέει. "Δεδομένου ότι η σύζευξη σταθερές της metamolecules μπορεί να είναι αυθαίρετα κυμαινόταν από θετικό σε αρνητικό, χωρίς περιορισμούς, ο αριθμός των Möbius ανατροπές μπορούμε να εισαγάγουμε είναι απεριόριστες. Αυτό σημαίνει ότι οι τοπολογικές δομές που έχουν μέχρι σήμερα περιορίζεται σε μαθηματική φαντασία μπορεί πλέον να πραγματοποιηθεί με χρήση metamolecules διαφορετικά σχέδια. "

Οι λεπτομέρειες σχετικά με αυτήν την ανακάλυψη έχουν δημοσιευθεί στο περιοδικό Physical Review Letters, στο έγγραφο με τίτλο «Οπτική Συμμετρία Möbius στο μεταϋλικά». Co-authoring το χαρτί με Zhang ήταν Chih-Wei Chang, Ming Liu, Sunghyun Nam, Shuang Zhang, Yongmin Liu και Guy Bartal.

Xiang Zhang είναι κύριος ερευνητής με Εργαστηρίου Υλικών Berkeley Επιστημών του τμήματος και του Ernest S. Kuh Προικισμένο Τακτικός Καθηγητής στο πανεπιστήμιο του Berkeley, όπου διευθύνει το Κέντρο για Scalable και Ολοκληρωμένη νανοπαραγωγή (SINAM), ένα Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών νανο-κλίμακα Επιστήμη και Τεχνολογία Κέντρο .

Στην επιστήμη, η συμμετρία ορίζεται ως χαρακτηριστικό του συστήματος ή ιδιοκτησία που διατηρείται όταν το σύστημα υφίσταται μια αλλαγή. Αυτό είναι ένα από τα πιο θεμελιώδη και των βασικών εννοιών στον τομέα της επιστήμης, αποτελούν τη βάση αυτού φυσικά φαινόμενα, όπως οι νόμοι διατήρησης και οι κανόνες επιλογής που διέπουν τη μετάβαση ενός συστήματος από ένα κράτος σε άλλο. Συμμετρία υπαγορεύει επίσης χημικές αντιδράσεις και να οδηγεί ένα αριθμό σημαντικών επιστημονικών εργαλείων, συμπεριλαμβανομένης της κρυσταλλογραφίας και φασματοσκοπίας.

Παρόλο που κάποιες συμμετρίες, όπως η χωρική γεωμετρία, εύκολα να παρατηρηθεί, άλλοι, όπως η οπτική συμμετρίες, μπορεί να κρυφτεί. Ένα ισχυρό εργαλείο στα χέρια των αποκάλυψη κρυμμένες συμμετρίες είναι ένα γενικό φαινόμενο που είναι γνωστό ως «εκφυλισμό». Για παράδειγμα, το εκφυλισμό επίπεδο ενέργειας ενός ατόμου σε ένα κρύσταλλο συσχετίζεται με τη συμμετρία κρύσταλλο. Ένα τριών σωμάτων του συστήματος, όπως ένα τριμερές, μπορεί να είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική για τη μελέτη της συσχέτισης μεταξύ εκφυλισμό και τη συμμετρία, διότι, αν και είναι ένα σχετικά απλό σύστημα, αποκαλύπτει ένα πλούσιο φάσμα φαινομένων.

"Οι μοναδικές ιδιότητες του συστήματος των τριών σωμάτων κάνουν πειραματικές έρευνες της κρυμμένες συμμετρίες είναι δυνατόν», λέει ο Chih-Wei Chang, ένας πρώην μεταδιδακτορικός στην ομάδα του Zhang και επικεφαλής συγγραφέας του χαρτιού στο Physical Review Letters, λέει. "Intrigued από την εξαιρετική ευελιξία μηχανική του μετα-υλικά, αποφασίσαμε να ερευνήσουμε κάποια μη τετριμμένη συμμετρίες κρυμμένα κάτω από αυτές τις metamolecules με τη μελέτη των ιδιοτήτων εκφυλισμό τους»

Οι συγγραφείς δοκιμαστεί μετα-υλικά τους για την κρυφή συμμετρία ρίχνοντας ένα φως και τον έλεγχο των οπτικών αντηχήσεις. Η προκύπτουσα συχνότητες συντονισμού αποκάλυψε ότι εκφυλισμό διατηρείται ακόμη και όταν η ζεύξη σταθερές μεταξύ μετα-ατόμων αναστροφή σημάδια.

"Επειδή εκφυλισμό και τη συμμετρία είναι πάντα συσχετίζονται, πρέπει να υπάρχει κάποια συμμετρία κρυμμένα κάτω από την παρατηρούμενη εκφυλισμό», λέει ο Τσανγκ.

Οι ερευνητές έδειξαν ότι ενώ το τριμερές σύστημα με ενιαίο αρνητικό (ή θετικό) σημεία σύνδεσης θα μπορούσε να συμβολίζεται ως ένα ισόπλευρο τρίγωνο, τριμερές συστήματα με μικτά πρόσημα των συνδέσμων θα μπορούσε να συμβολίζεται ως λωρίδα Möbius με τοπολογική συμμετρία C3. Επιπλέον, σε άλλες metamolecular συστήματα γίνονται από έξι μετα-ατόμων, οι συγγραφείς έδειξαν έως και τρεις Möbius ανατροπές.

Λέει ο Chang, τώρα ένα μέλος ΔΕΠ στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Ταϊβάν στην Ταϊπέι, "κατά τη μετάβαση από τα φυσικά συστήματα σε τεχνητά μετα-άτομα και metamolecules, μπορούμε να περιμένουμε για να αντιμετωπίσετε τα φαινόμενα πολύ πέρα ​​από τις συμβατικές αντιλήψεις μας. Οι νέες συμμετρίες που βρίσκουμε στο μετα-υλικά θα μπορούσαν να επεκταθούν σε άλλα είδη τεχνητών συστημάτων, όπως Josephson κόμβους, που θα ανοίξει νέους δρόμους για το μυθιστόρημά φαινομένων στην κβαντική ηλεκτρονική και την κβαντική οπτική. "

Πηγή: http://www.lbl.gov/

Last Update: 8. October 2011 03:45

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit