Karpuzda, meta malzeme tasarımı için yeni yollar açabilen "gizli" bir simetri bulunur.
Olgun olup olmadığını görmek için bir karpuza dokunduğunuzda, kullanılan ilke içindeki maddenin yapısını ses dalgaları ile tespit etmektir. Chicago Üniversitesi'ndeki fizikçiler, ses dalgalarının desenli yapılardan nasıl geçtiğini keşfetmek için aynı konsepti kullandılar ve garip bir fenomeni keşfettiler: tamamen farklı yapılar aynı ses çıkarıyor. Bu şaşırtıcı bir şey, biraz kavun ve ananası vurup sonra aynı sesi çıkardıklarını keşfetmeye benziyor. James Frank Enstitüsü'nden fizik profesörü Vincenzo Vitelli şunları söyledi: Bizi heyecanlandıran şey, mevcut kavramları, uzaysal simetri gibi bulgularını açıklamak için kullanamayacağımız.
Aslında, araştırma ekibinin keşfettiği şey, açık bir şekilde ilgisiz sistemleri birbirine bağlayan bir tür "gizli" simetri olan bir dualite idi. Nature dergisinde yayınlanan araştırmasının sonuçları, bir gün metamalzemelerin ve hatta ses kodlu bilgileri işleyen minyatür cihazların tasarlanmasına yardımcı olabilir. Yıllar içinde fizik, nesnelerin özelliklerini uzaysal simetrilerine göre tahmin edebilen bir çerçeve oluşturdu. İlk yazar ve doktora sonrası araştırmacı Michel Fruchart (Michel Fruchart) şunları söyledi: Metan molekülünün plastik modeline bakın, hidrojen atomları normal bir tetrahedron oluşturur.
Bu size moleküllerin nasıl titreştiği hakkında çok şey söyleyebilir. Benzer şekilde, Lego modeli de araştırmacıların ikiliğini keşfetmesine yardımcı oldu. Ya bu ikilikler, aksi takdirde sahip olamayacağı maddi özellikler vermek için kullanılabilirse? Geçtiğimiz birkaç yılda, metamalzemeler adı verilen bir alana büyük ilgi oldu. Bunlar, doğada normalde beklenmeyen özelliklere sahip olacak şekilde tasarlanmış insan yapımı yapılardır. Örneğin, insanlar, iç geometrileri sayesinde gelen ışığı çevreye yönlendiren "görünmez pelerinler" elde etmek için kompozit malzemeler kullanmak üzerine çok düşünmüşlerdir.
Araştırmacılar, fonon (esasen termal bir parçacık) gibi bir parçacığı yakalamak ve ona genellikle sahip olmadığı özellikleri vermek için bu yöntemi kullanmayı düşünüyorlar. Elektronların, en son yüksek teknoloji ürünü elektronik ürünlerin bazılarının temeli olarak kullanılan "spin" adı verilen bir özelliği vardır. Fononların dönüşü yoktur, ancak bilim adamları materyallerin yapısını şekillendirebilir ve fononlara "yanlış dönüş" verebilirlerse, onları elektroniğe benzer ancak farklı yeteneklere sahip fononik cihazlarda kullanmak mümkündür. Örneğin, termal kontrol, fononları hareket ettirerek, insanlar sözde dönüşlerinde depolanan bilgileri işleyebilir.
Araştırmacılar bu kavrama "mekanik spintronik" diyorlar. Bilim adamları, metamalzemeleri tasarlarken dualitenin mevcut simetri kadar önemli olduğunun gösterilebileceği umudunu dile getirdiler. Bu yöntem, ışık dalgaları ve madde dalgaları gibi sadece fononlara değil, diğer dalgalara da uygulanabilir. Dualite, fiziğin neredeyse her dalında görünüşte ilgisiz sistemler arasındaki bağlantıları ortaya çıkaran matematiksel bir haritalamadır. İkili dönüşüm yoluyla kendisiyle eşleşen sisteme öz-ikili denir ve kritik noktada Ising mıknatısının ölçek değişmezliği gibi dikkat çekici özellikler gösterir.
Bu çalışma, dualitenin dinamik matrisin (veya Hamiltonian) simetrisini nasıl geliştirdiğini göstermektedir, böylece ortaya çıkan özelliklere sahip metamalzeme tasarımı, standart grup teorisinin analizinden kaçabilir. Bir örnek olarak, araştırmacılar, bir çökme mekanizmasıyla şekil değiştiren yeniden yapılandırılabilir mekanik yapılar olan bükülmüş Kagome kafeslerini değerlendirdiler. Çalışma, yapı boyunca aynı titreşim spektrumunu ve nispi elastik modülü gösteren bir çift farklı konfigürasyon gözlemledi. Ayrıca, bu şaşırtıcı özelliklerin, mekaniğin kritik noktasının her iki tarafındaki konfigürasyon çiftleri arasındaki ikilikten kaynaklandığı da kanıtlanmıştır.
Kritik nokta, tüm Brillouin bölgesinde uzamsal simetri ve çift dejenere spektrum olmadığında bile, izotropik esnekliğe sahip bir öz-ikili yapıya karşılık gelir. Spektral dejenerelik, Kramers teoreminin bir versiyonundan kaynaklanıyordu; burada fermiyonların zaman tersine dönme değişmezliğinin yerini kendi ikilisi noktasında görünen gizli simetri aldı. Kendi kendine ikili sistemin normal modu, dalga paketinin yarı klasik yayılmasını etkileyen, değişmeyen bir mekanik tepki ile sonuçlanan, Abelian olmayan bir geometrik faz sergiler. Araştırma sonuçları, tam hesaplamalar ve mekanik spintronikler için umut veriyor çünkü fononlar tarafından taşınan sentetik dönüşü gerçek zamanlı olarak değiştirebiliyor.
Brocade | Araştırma / Gönderen: Chicago Üniversitesi
Referans Dergisi "Nature"
DOI: 10.1038 / s41586-020-1932-6
Brocade Park Bilim, Teknoloji, Bilimsel Araştırma, Popüler Bilim
Takip edin Bokeyuan Daha fazlasını görün Damei Universe Science
-
- Evrendeki devasa yıldızların% 14'ünün kara deliklere dönüştüğü bulundu! Görünüşe göre sayı çok büyük
