Posted in | Nanomaterials

Ученые Найти новых топологических Симметрия в Метаматериалы

Published on December 21, 2010 at 1:23 AM

Мебиуса симметрии, топологические явления, которое дает половину витой полосы с двух поверхностей, но только с одной стороны, был источником очарования с момента ее открытия в 1858 году немецкий математик Август Мебиуса.

Как художник М. К. Эшер так ярко продемонстрировал в своей "Парад муравьев," можно пройти "внутри" и "вне" поверхности Мебиуса без перехода через край. В течение многих лет ученые пытались найти пример Мебиуса симметрии в натуральных материалов без какого-либо успеха. Сейчас команда ученых обнаружила Мебиуса симметрии в метаматериалов - материалов, инженерии из искусственных «атомов» и «молекулы» с электромагнитными свойствами, которые вытекают из их структуры, а не их химического состава.

Лаборатории Беркли исследователь обнаружил Мебиуса симметрии в metamolecular тримеров из металлов и диэлектриков.

Сян Чжан, ученый с Департаментом США Лоуренса в Беркли энергетики Национальной лаборатории (Berkeley Lab) и профессор Калифорнийского университета (UC) Беркли под руководством исследование, в котором симметрия электромагнитных Мебиуса была успешно внедрена в составные metamolecular систем, выполненных из металлов и диэлектриков. Это открытие открывает путь к поиску и использованию новых явлений в метаматериалах.

"Мы экспериментально наблюдаемых новый топологический симметрии в электромагнитных системах метаматериала, что эквивалентно структурные симметрии Мебиуса, с числом поворотов контролируется перемен знака в электромагнитную связь между мета-атомы", говорит Чжан. "У нас есть еще одним свидетельством, что метаматериалы с разными знаками связи выставку резонансные частоты, которые зависят от номера, но не места поворотов. Это подтверждает топологическая природа симметрии".

Работа с металлическими резонансными мета-атомов настроена как связанный сплит-кольцевых резонаторов, Чжан и члены его исследовательской группы собрал три из этих мета-атомов в тримеры. Благодаря тщательной разработки электромагнитных муфт между составляющими мета-атомов, эти тримеров отображается Мебиуса C3 симметрия - это значит, Мебиуса циклической симметрией через три вращения 120 градусов. Результат Мебиуса повороты с изменением признаков электромагнитной константы связи между составляющими их мета-атомов.

"Топологический симметрии Мебиуса мы нашли в наших мета-молекула тримеров новая симметрия не встречаются в натуральных материалов или молекул." Чжан говорит. "Так как константы metamolecules могут быть сколь угодно разнообразным с положительного на отрицательный без каких-либо ограничений, число изгибов Мебиуса можно ввести не ограничены. Это означает, что топологические структуры, которые до сих пор были ограничены к математическим воображение теперь может быть реализована с использованием metamolecules различных конструкций ".

Подробности этого открытия были опубликованы в журнале Physical Review Letters, в документе под названием "Оптические Симметрия Мебиуса в Метаматериалы". Соавторство бумаги с Чжан были Чжи-Вэй Чан, Мин Лю, Sunghyun Нам, Шуан Чжан, Лю Yongmin и Гай Bartal.

Сян Чжан главный исследователь с материалами наук Лаборатории Беркли отдела и Эрнест С. Кух Наделенный под председательством профессора Калифорнийского университета в Беркли, где он руководит Центром Масштабируемая и интегрированная нанопроизводства (SINAM), Национального научного фонда нано-науки и инженерного центра .

В науке, симметрия определяется как функция системы или имущество, которое сохранилось, когда система претерпевает изменения. Это одно из наиболее фундаментальных и важнейших понятий в науке, основу такого физического явления, как законы сохранения и правила отбора, которые регулируют переход системы из одного состояния в другое. Симметрия диктует химических реакций и приводит ряд важных научных инструментов, в том числе кристаллографии и спектроскопии.

Хотя некоторые симметрии, например, пространственной геометрии, которые легко наблюдать, как другие, такие как оптические симметрии, могут быть скрыты. Мощным исследовательским инструментом для выявления скрытых симметрий общее явление, известное как "вырождение". Например, вырождения уровня энергии атома в кристалле связано с симметрией кристалла. Системы трех тел, как тример, может быть особенно эффективным для изучения корреляции между вырождения и симметрии, потому что, хотя это относительно простые системы, она раскрывает богатый спектр явлений.

"Уникальные свойства тройной системы делают экспериментальные исследования скрытые симметрии возможно", говорит Чжи-Вэй Чан, бывший пост-док в группе Чжана и ведущий автор статьи в Physical Review Letters, говорит. "Заинтригованный чрезвычайной гибкости инженерных метаматериалов, мы решили исследовать некоторые нетривиальные симметрии скрыты под этими metamolecules, изучая их свойства вырождения"

Авторы проверили свои метаматериалов для скрытой симметрии сияющий свет и мониторинга оптических резонансов. В результате резонансных частот показало, что вырождение сохраняется даже тогда, когда константы связи между мета-атомов флип знаков.

"Потому что вырождение и симметрии всегда коррелируют, должен быть какой-симметрии скрыты под наблюдается вырождение", говорит Чанг.

Исследователи показали, что в то время как тример систем с однородным отрицательным (или положительных) подписывает связи можно было бы символизировал как равносторонний треугольник, тример систем со смешанными признаками муфт может быть только символом, как лента Мебиуса с топологическим симметрии С3. Кроме того, в других metamolecular систем из шести мета-атомов, авторы показали, до трех Мебиуса поворотами.

Говорит Чжан, в настоящее время преподаватель в Государственном тайваньском университете в Тайбэе, "При переходе от природных систем к искусственному мета-атомов и metamolecules, мы можем ожидать встретить явления далеко за пределами нашей обычной концепции. Новые симметрии мы находим в метаматериалов могут быть расширены на другие виды искусственных систем, таких как джозефсоновских контактов, который откроет новые возможности для новых явлений в области квантовой электроники и квантовая оптика ".

Источник: http://www.lbl.gov/

Last Update: 5. October 2011 19:23

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