Posted in | Nanomaterials

Tutkijat Etsi Uudet Topologiset symmetrian Metamateriaalit

Published on December 21, 2010 at 1:23 AM

Möbius symmetria, topologinen ilmiö, joka tuottaa puoli-twisted liuska kahden pinnan mutta vain toisella puolella, on lähde tunteelle Koska sen löydön vuonna 1858 saksalainen matemaatikko elokuu Möbius.

Kuten taiteilija MC Escher niin elävästi osoitti hänen "paraati muurahaisia," on mahdollista kulkea "sisällä" ja "ulkopuolella" pinnat Möbiuksen nauha ilman rajan yli reunan. Vuosien ajan tutkijat ovat etsineet esimerkki Möbius symmetrian luonnon materiaaleja ilman menestystä. Nyt ryhmä tiedemiehiä on löytänyt Möbius symmetrian metamateriaalit - materiaaleista valmistettu keinotekoisista "atomeista" ja "molekyylejä" kanssa sähkömagneettisia ominaisuuksia, jotka johtuvat niiden rakenteesta eikä niiden kemiallinen koostumus.

Berkeley Lab tutkija löytänyt Möbius symmetrian metamolecular trimers valmistettu metallit ja eristeet.

Xiang Zhang, tutkija ja Yhdysvaltain energiaministeriön Lawrence Berkeley National Laboratoryn (Berkeley Lab) ja professori Kalifornian yliopiston (UC) Berkeley, johti tutkimukseen, jossa sähkömagneettiset Möbius symmetria tuotiin onnistuneesti yhdistetty metamolecular järjestelmiä valmistetaan metalleista ja eristeet. Tämä löytö avaa oven löytää ja hyödyntää uusia ilmiöitä metamateriaalit.

"Meillä on kokeellisesti todettu uusi topologinen symmetria sähkömagneettisen metamaterial järjestelmien vastaa rakenteellista symmetriaa Möbiuksen nauha, jossa määrä kierteiden ohjataan Kirjaudu muutoksia sähkömagneettisen kytkimen välillä meta-atomit", Zhang sanoo. "Olemme osoitti lisäksi, että metamateriaalit eri kytkin merkkejä näyttely resonanssitaajuudet jotka riippuvat numero muttei paikat käänteitä. Tämä vahvistaa topologinen luonne symmetria."

Työskentely metallinen resonanssi meta-atomien määritetty yhdistettynä split-rengas resonaattorit, Zhang ja hänen tutkimusryhmänsä koottu kolme näistä meta-atomien osaksi trimers. Huolellisen suunnittelun sähkömagneettisen kytkös ainesosana meta-atomeja, nämä trimers näytetään Möbius C3 symmetria - merkitys Möbius syklinen symmetria läpi kolme kääntää 120 astetta. Möbius käänteitä johtuvat muutoksen merkkejä sähkömagneettisen kytkimen vakiot välillä ainesosana meta-atomeja.

"Topologinen Möbius symmetria löysimme meidän meta-molekyyli trimers on uusi symmetria ei löydy luonnossa esiintyviä aineita tai molekyylejä." Zhang sanoo. "Koska kytkin vakioita metamolecules voidaan mielivaltaisesti vaihteli positiivisesta negatiiviseksi ilman rajoituksia, määrä Möbius käänteitä voimme esitellä ovat rajattomat. Tämä tarkoittaa, että topologinen rakenteita, jotka ovat tähän asti rajoittunut matemaattisen mielikuvitus voi nyt toteutettu käyttämällä metamolecules eri malleja. "

Tietoja tämä löytö on julkaistu lehdessä Physical Review Letters, kirjassaan "Optical Möbius symmetrian metamateriaalit." Co-authoring paperi Zhang olivat Chih-Wei Chang, Ming Liu, Sunghyun Nam, Shuang Zhang, Yongmin Liu ja Guy Bartal.

Xiang Zhang on päätutkija kanssa Berkeley Lab materiaalitieteiden tiedekunta Division ja Ernest S. Kuh suotu Puheenjohtajana professori Berkeleyn, jossa hän Center for Skaalautuva ja Integrated nanovalmistuksessa (SINAM), National Science Foundation nanoluokan Science and Engineering Center .

Tieteessä, symmetria on määritelty järjestelmäksi ominaisuus tai omaisuutta, joka on säilynyt, kun järjestelmä läpi muutoksen. Tämä on yksi keskeisimpiä ja keskeisiä käsitteitä tieteen, tukevat esimerkiksi fysikaalisiin ilmiöihin kuten suojelu lakien ja valinta sääntöjä, jotka ohjaavat siirtymistä järjestelmän yhdestä tilasta toiseen. Symmetria edellyttää myös kemiallisia reaktioita ja ajaa useita merkittäviä tieteellisiä työkaluja, kuten kristallografia ja spektroskopia.

Vaikka jotkut symmetrioita, kuten spatiaalinen geometriaa, ovat helposti havaita, toiset, kuten optisia symmetrioita, voi olla piilossa. Tehokas tutkintakeinoksi paljastamaan piilossa symmetrioita on yleinen ilmiö tunnetaan "rapautumista". Esimerkiksi energian tasolla degeneraatio ja atomi kristalli korreloi kristalli symmetria. Kolmen laitoksen järjestelmään, kuten trimer, voi olla erityisen tehokasta opiskelua korrelaatio degeneraatio ja symmetrian vuoksi, vaikka se on suhteellisen yksinkertainen järjestelmä, se paljastaa rikas kirjo ilmiöitä.

"Ainutlaatuiset ominaisuudet kolmen kehon järjestelmä tehdä kokeellisia tutkimuksia piilotettu symmetrioita mahdollista", sanoo Chih-Wei Chang, entinen post-doc Zhang ryhmä ja johtaa kirjoittajan Physical Review Letters, sanoo. "Kiehtoi ylimääräisen suunnittelu joustoja metamateriaalit, päätimme tutkia joitakin ei-triviaaleja symmetrioita piilossa alla nämä metamolecules tutkimalla niiden rapautumista ominaisuudet"

Tekijät kokeilivat metamateriaalit piilotettuja symmetria säteilemällä valoa ja seuranta optinen resonanssia. Tuloksena resonanssitaajuuksia paljasti, että rapautumista pidetään vaikka kytkin vakioiden välillä meta-atomien flip merkkejä.

"Koska degeneraatio ja symmetria ovat aina korreloi, siellä on joitakin symmetria piilossa alla havaittu degeneraatio", sanoo Chang.

Tutkijat osoittivat, että taas trimer järjestelmien kanssa yhtenäinen negatiivinen (tai positiivinen) kytkimen merkkejä voitaisiin symboloi tasasivuinen kolmio, trimer järjestelmät ristiriitaisin merkkejä kytkimet voisi vain symboloi Möbiuksen nauha kanssa topologinen C3 symmetria. Lisäksi muissa metamolecular järjestelmiin tehdyt kuusi meta-atomia, kirjoittajat osoittanut jopa kolme Möbius käänteitä.

Sanoo Chang, nyt opettajakunnan jäsen National Taiwan University in Taipei, "kun he siirtyvät luonnon keinotekoiselle meta-atomeja ja metamolecules, voimme odottaa, että heihin ilmiöt kaukana perinteisiin käsityksiin. Uusi symmetrioita löydämme metamateriaalit voitaisiin laajentaa muitakaan keinotekoiset järjestelmät, kuten Josephson risteykset, joka avaa uusia mahdollisuuksia uusien ilmiöiden kvantti elektroniikan ja kvanttioptiikan. "

Lähde: http://www.lbl.gov/

Last Update: 7. October 2011 02:16

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