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Posted in | Nanomaterials

科學家在 Metamaterials 查找新的拓撲對稱

Published on December 21, 2010 at 1:23 AM

Möbius 對稱,產生與二表面的半扭轉的主街上的拓撲現象,但是仅一個端,在 1858年是迷戀的來源從其發現由德國數學家 8月 Möbius。

作為藝術家 M.C. 在他那麼生動地展示的 Escher 「螞蟻遊行」,橫斷 Möbius 主街上的 「於」和 「外部」表面是可能的,无需克服在邊緣。 多年來,科學家搜索 Möbius 對稱的示例在自然材料的,不用任何成功。 現在科學家小組發現了在 metamaterials - 從人為 「原子」和 「分子」設計的材料的 Möbius 對稱與從他們的結構出現而不是他們的化學成分的電磁式屬性。

伯克利實驗室研究員發現了在金屬和電介質做的 metamolecular 三聚合物的 Möbius 對稱。

有美國能源部的 Xiang 張、科學家勞倫斯伯克利國家實驗室 (伯克利實驗室) 和教授加州大學的 (UC) 伯克利,導致的電磁式 Möbius 對稱順利地被引入到由金屬和電介質做的綜合 metamolecular 系統的一個研究。 此發現對查找和利用在 metamaterials 的新穎的現象打開這個門。

「我們實驗觀察了與 Möbius 主街上的結構上的對稱是等同的在電磁式 metamaterial 系統的一個新的拓撲對稱,與在電磁式聯結上的符號變化控制的轉彎的數量在階原子之間」,張說。 「我們進一步顯示出,用不同的聯結符號的 metamaterials 陳列取決於這個編號,但是轉彎的不是地點的共鳴頻率。 這確認這個對稱的拓撲本質」。

與為耦合的開口環諧振器配置的金屬共振階原子一起使用,他的研究小組的張和成員裝配了三這些階原子到三聚合物。 通過電磁式聯結的仔細設計在構成階原子之間的,這些三聚合物顯示了 Möbius C3 對稱 - 意味 Möbius 循環對稱通過 120 度的三個循環。 Möbius 扭轉從一個變化的結果在電磁式聯結常數上的符號在構成階原子之間。

「我們在我們的階分子三聚合物查找的拓撲 Möbius 對稱是在自然發生的材料或分子沒找到的一個新的對稱」。 張說。 「因為 metamolecules 聯結常數可以從正任意地變化到負的,不用任何約束的 Möbius 轉彎的數量我們可以引入是無限的。 這意味著至今被限制了到數學想像力的拓撲結構可能現在認識到使用不同的設計 metamolecules」。

在此發現的詳細資料在日記帳實際覆核信函被發布了,在題為 「光學 Möbius 對稱的文件在 Metamaterials」。 合著與張的本文是 Chih 韋萇氏, Ming 劉, Sunghyun Nam, Shuang 張, Yongmin 劉和人 Bartal。

Xiang 張是有伯克利實驗室的材料學分部的一個主要調查人和歐內斯特 S. Kuh Endowed 的主持的教授在加州大學伯克利分校,他處理可升級和集成 NanoManufacturing (SINAM) 中心,國家科學基金會納諾縮放比例科學和工程中心。

在科學,對稱被定義作為保留的系統性能或屬性,當這個系統進行更改時。 這是其中一個最根本和最關鍵的概念在科學,加固這樣物理現象像管理一個系統的轉移從一個狀態的到另一個的守恆定律和選擇規則。 對稱也指明化學反應并且驅動一定數量的重要科學工具,包括結晶學和分光學。

當有些對稱,例如空間的幾何,容易地被觀察時,其他,例如光學對稱,可能被隱藏。 為找到隱藏的對稱的一個強大的調查工具是叫作 「退化的一種通用現象」。 例如,一個原子的能級退化在水晶的關聯與水晶對稱。 一個三體的系統,像三聚合物,可以是特別有效的為學習退化和對稱之間的相關性,因為,雖然它是一個相對地簡單系統,它顯示富有的範圍現象。

「一個三體的系統的唯一屬性做實驗調查隱藏的對稱可能」,在張的組前面的之後 doc 說 Chih 韋萇氏,并且本文的主要作者在實際覆核信函的,說。 「由 metamaterials 的非常工程靈活性吸引了,我們決定調查在這些 metamolecules 下被隱藏的一些重要對稱通過學習他們的退化屬性」

作者為隱藏的對稱測試了他們的 metamaterials 通過發光光和監控光學共鳴。 發生的諧振頻率表示退化被保留,既使當在階原子之間的聯結常數翻轉符號。

「由於退化和對稱總是關聯,必須有在被觀察的退化下被隱藏的某個對稱」說萇氏。

研究員向顯示,而與統一負 (或正) 聯結符號的三聚合物系統可能被象徵作為一個等邊三角形,與聯結的混雜的符號的三聚合物系統可能只被象徵作為與拓撲 C3 對稱的 Möbius 主街上。 此外,在其他 metamolecular 系統由六個階原子製成,作者展示了三 Möbius 轉彎。

在臺北一位大學教學人員說萇氏,現在國立臺灣大學的, 「當去從自然系統人為階原子和 metamolecules,我們時能期望遇到現象在我們的常規構想之外。 我們在 metamaterials 查找的新的對稱可能延伸到其他种人為系統,例如 Josephson 連接點,將開張新穎的現象的新的大道在數量電子和數量光學」。

來源: http://www.lbl.gov/

Last Update: 26. January 2012 12:36

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