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Posted in | Nanomaterials

科学者は、メタマテリアルの新トポロジー対称性を検索

Published on December 21, 2010 at 1:23 AM

メビウスの対称性、ハーフツイストつの表面を有するストリップが片側だけを生成トポロジカルな現象は、ドイツの数学者Augustメビウスによる1858年の発見以来、魅力の源となっている。

アーティストMCエッシャーのように鮮やかに彼に示すように、"アリのパレード、"それはエッジが交差することなく"内部"とメビウスの帯の"外側"の表面を走査することが可能です。長年にわたり、科学者たちはどんな成功をすることなく自然の素材でメビウスの対称性の例を探していました。人工的な"原子"とではなく、その化学組成よりも、その構造から発生する電磁波の特性を持つ"分子"から設計材料 - 今の科学者のチームは、メタマテリアルのメビウスの対称性を発見しました。

バークレー研究所の研究者は、金属と誘電体から作られたmetamolecularトリマーでメビウスの対称性を発見した。

翔チャン、エネルギーのローレンスバークレー国立研究所米国エネルギー省(バークレー研究所)とカリフォルニア大学(UC)バークレー校の教授と科学者は、金属から作られた電磁メビウスの対称性が正常に複合metamolecularシステムに導入された研究を主導と誘電体。この発見は、メタマテリアルの新規な現象を発見し、活用するための扉を開きます。

"我々は、実験的にメタ原子間の電磁結合の符号の変化によって制御される撚り数と、メビウスの帯の構造的対称性に相当する電磁メタマテリアルシステムに新しいトポロジカル対称性を観察している、"張氏は述べています。 "我々は、さらに別のカップリングの兆候を持つメタマテリアルは、数字ではなく、ねじれの位置に依存する共振周波数を示すことを明らかにした。これは、対称性のトポロジカルな性質を確認する。"

結合スプリットリング共振器、張と三量体にこれらのメタ原子の3つを組み立てた彼の研究グループのメンバーとして構成された金属製の共鳴メタ原子を操作する。 120度の3回転を介して意味メビウスの周期的対称性 - 構成メタ原子間の電磁結合の慎重な設計によって、これらの三量体はメビウスC3対称性を示した。構成メタ原子間の電磁結合定数の符号の変化からメビウスのねじれの結果。

"我々はメタ分子の三量体に見られるトポロジカルメビウスの対称性は、自然の材料や分子の発生には存在しない新たな対称性です。"張氏は述べています。 metamoleculesの結合定数を任意にすべての制約なく、正から負に変化させることができるので、"我々が導入することができますメビウスの撚り数は無制限です。これは、これまで数学的想像力に限定されているトポロジカルな構造は今metamoleculesを使用して実現できることを意味異なるデザインの。"

この発見の詳細については、タイトルの論文で、ジャーナルフィジカルレビューレターズに掲載されている"メタマテリアルの光メビウスの対称性。"張との共同オーサリング紙はChih - Weiチャン、明劉、Sunghyunナム、双張、Yongmin劉とガイBartalでした。

翔チャンはバークレー研究所材料科学部門と主任研究者でもあるとアーネストS.クウは、寄附彼はスケーラブルで統合されたナノマニュファクチャリング(新岩)のためのセンターを指示UCバークレー、、国立科学財団ナノスケール科学工学センター教授を議長。

科学では、対称性は、システムが変更を受ける際に保存されるシステムの機能またはプロパティとして定義されています。これは、ある状態から別の状態へのシステムの移行を管理する保存則と選択ルールとしてそのような物理現象を支え、科学の最も基本的かつ重要な概念の一つです。対称性はまた、結晶構造解析と分光法を含む化学反応とドライブの重要な科学的なツールの数を、定めます。

このような空間ジオメトリなどのいくつかの対称性が、、容易に観察されているが、そのような光学的対称性のような他のものは、、隠れている場合があります。隠された対称性を暴くための強力な調査ツールとして知られている一般的な現象である"縮退。"例えば、結晶中の原子のエネルギー準位の縮退は、結晶の対称性と相関している。それは比較的単純なシステムですが、それは現象の豊富なスペクトルを明らかにする、ので、三体のシステムは、三量体のように、縮退と対称性との相関関係を研究するための特に効果的です。

"三体のシステムのユニークな特性が隠された対称性の実験的調査を可能にする、"志偉チャン、張氏のグループとフィジカルレビューレター誌に論文の主執筆者でポスドク前者によると、述べています。 "メタマテリアルの特別工学的柔軟性に興味をそそられ、私達は彼らの縮退の性質を研究することによってこれらのmetamolecules下に隠されたいくつかの非自明な対称性を調査することを決めた"

著者らは、光を照らすと、光共振を監視することにより、隠れた対称性のために彼らのメタマテリアルをテストした。結果として得られる共振周波数は、縮退が保たれることが明らかとなった場合でも、メタ原子フリップ記号の間の結合定数。

"縮退と対称性が常に相関しているため、観測された縮退の下に隠されたいくつかの対称性がなければならない"チャン氏は述べています。

研究者は、一様な負(または正)カップリングの兆候を持つ三量体のシステムが正三角形のように象徴される可能性のに対し、カップリングの混在徴候と三量体のシステムが唯一のトポロジカルC3対称性を持つメビウスの帯のように象徴されることを示した。さらに六メタ原子で作られた他のmetamolecularシステムでは、著者らは、3つのメビウスのねじれまで実証。

今チャン、台北の国立台湾大学の教員は、自然のシステムから人工的なメタ原子とmetamoleculesに行くとき"、言う、我々は今のところ私たちの従来の概念を超えた現象が発生することを期待することができます。我々はメタマテリアルで見つける新しい対称性を拡張することができます量子エレクトロニクス、量子光学の新たな現象のために新たな道を開くようなジョセフソン接合のような人工システム、、他の種類の。"

ソース: http://www.lbl.gov/

Last Update: 22. October 2011 02:53

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