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Posted in | Nanomaterials

科学家发现,在超材料的新的拓扑对称

Published on December 21, 2010 at 1:23 AM

莫比乌斯对称,产生两个表面的半扭带,但只有一方的拓扑现象发现于1858年由德国数学家莫比乌斯八月以来的遐想。

作为艺术家MC Escher如此生动地展示在他的“蚂蚁大游行”,它可以遍历跨越边缘“内部”和“外”莫比乌斯带的表面。多年来,科学家一直在寻找一个莫比乌斯天然材料的对称性的例子没有成功。现在,一组科学家发现了莫比乌斯的对称性,超材料 - 人造“原子”和“分子”,从它们的结构,而不是其化学成分产生的电磁性能的工程材料。

伯克利实验室的研究人员已经发现了莫比乌斯的对称性,在金属和电介质的metamolecular三聚体。

项张,科学家在能源部的劳伦斯伯克利国家实验室的美国部(伯克利实验室)和在加州大学(UC)伯克利分校教授,率领一个在其中电磁莫比乌斯对称是成功进入复合metamolecular系统介绍研究从金属和电介质。这一发现,打开门,发现和利用超材料的新现象。

“我们已经实验观察到一个新的电磁超材料系统的拓扑对称,相当于一个莫比乌斯带的结构匀称元原子之间的电磁耦合的符号变化控制曲折,”张说。 “我们已进一步证明,并有不同的耦合的超材料表现出的共振频率依赖的数量,但不曲折的位置,这证实了对称的拓扑性质。”

与金属谐振耦合开环谐振器,张和他的研究小组成员配置元原子组装成三聚体,这些原子元。通过精心设计的电磁联轴节之间构成元原子,这些三聚体显示莫比乌斯C3对称性 - 意义莫比乌斯环,通过3个120度的旋转对称。莫比乌斯曲折结果从元原子的组成之间的电磁耦合常数的迹象变化。

“我们发现在我们的荟萃分子三聚体的拓扑莫比乌斯对称是不是天然材料或分子发现一个新的对称。”张说。 “由于metamolecules耦合常数,可任意从积极到消极的不受任何约束不同,莫比乌斯曲折,我们可以引进是无限的,这意味着,迄今为止,已经有限的数学想象力的拓扑结构,现在可以使用metamolecules实现不同的设计。“

这一发现已发表在杂志“物理评论快报”在题为一纸“超材料的光学莫比乌斯对称。”共同创作的纸张张智卫,刘鸣,Sunghyun南,张爽,王永民刘和盖伊Bartal。

张翔是一个主要研究者与伯克利实验室材料科学部和的Ernest S.丹山赋主持指导中心的可扩展性和集成的纳米制造(SINAM),国家科学基金会纳米科学与工程研究中心,在那里他在加州大学伯克利分校教授。

对称性的科学,是指当系统发生变化,即保留作为一个系统的功能或属性。这是在科学的最根本和最关键的概念之一,基础管理从一种状态过渡到另一个系统守恒定律和选择规则等物理现象。对称也决定了化学反应和驱动器的一个重要的科学工具的数量,包括晶体和光谱。

尽管如一些空间的几何对称性,很容易观察到,其他如光学对称性,可能会被隐藏。一个强大的工具揭示隐藏对称性的调查是一个普遍的现象被称为“简并”。例如,晶体中的原子的能量水平简并与晶体对称性。像三聚体,三体系统,可为研究简并对称性之间的关系,特别是有效的,因为,虽然它是一个相对简单的系统,它揭示了丰富的频谱现象。

张稚伟,前博士后张的研究小组在“物理评论快报”的论文的主要作者说:“三体系统的独特性能,可能隐藏对称性的实验研究”,说。 “非凡的超材料工程灵活性好奇,我们决定调查一些不平凡的的对称性,通过学习他们的简属性,下方隐藏这些metamolecules”

作者闪亮的一盏灯,监控的光学共振测试隐藏对称的超材料。由此产生的共振频率显示,简并保持甚至当翻转迹象元原子之间的耦合常数。

“由于简并对称总是相关的,必须下所观察到的简并隐藏的一些对称”张说。

研究人员发现,而三聚体系统与统一负(或正)耦合的迹象,可以作为一个等边三角形象征,三聚体与接头的混合迹象系统只能作为一个莫比乌斯带拓扑的C3对称性的象征。此外,在其他六元原子metamolecular系统,作者表现出三个莫比乌斯曲折。

Chang说,现在在台北国立台湾大学教员,“从自然系统,人工元原子和metamolecules时,我们可以期望,远远超出了我们的传统观念中遇到的现象,新的对称性,我们发现在超材料可以延长其他种类的人工系统,如约瑟夫森结,新颖的现象在量子电子学和量子光学,将打开新的途径。“

来源: http://www.lbl.gov/

Last Update: 24. October 2011 02:33

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