В паутине нашли гиперзвуковую фононную запрещенную зону

Интернациональная несколько физиков из Германии, Сингапура, США и Греции поняла, что волокна паутины владеют запрещенной фононной территорией, соответствующей гиперзвуковым частотам. Это свойство подобно запрещенной территории в полупроводниках, запрещающей электронам материала владеть энергией в некоем диапазоне. Применительно к волокнам паутины фононная запрещенная территория не разрешает распространяться в материале колебаниям определенной частоты.

Это первый биоматериал, в котором найдено подобное свойство. Изучение размещено в издании Nature Materials, коротко о нем информирует пресс-релиз Университета Райса.

Авторы применяли в опыте паутинные волокна паука Nephila edulis из рода кругопрядов-нефил. Физики изучили рассеяние луча лазера на тепловых фононах — квантах колебаний материи в волокнах. В опыте лазер употреблялся как для возбуждения фононов, так и для их анализа. Особенный интерес ученые уделили гигагерцовой области частот колебаний — гиперзвуку.

Ей соответствует протяженность волны колебаний, сопоставимая с размерами неоднородностей в структуре паутины — порядка 300 нанометров. 

Оказалось, что на частоте 14,8 гигагерца существует запрещенная территория шириной 5,2 гигагерца. Причем ее ширина изменялась при растяжении и сжатии материала. Вместе с тем авторы нашли необыкновенную область с отрицательной групповой скоростью фононов. В ней, не обращая внимания на то, что фононы двигались вперед, их групповая скорость была направлена назад.

Это явление родственно с отрицательным коэффициентом преломления и может разрешить фокусировать гиперзвуковые фононы. 

Микроструктура паутины. Dirk Schneider

Ученые сохраняют надежду, что найденные особенности разрешат создавать неестественные материалы с новыми особенностями. Так, фононы несут ответственность за теплопередачу в теле — контроль за запрещенной фононной территорией может улучшить теплоизоляционные особенности материала. Подобным образом фононы меньших частот передают звуковые колебания.

Паутина — сложный композитный материал. Любая видимая нить паутины имеет несколько отдельных микрометровых нитей. В этих нитей имеется твёрдые протеиновые кристаллы размером в пара нанометров. Они соединены между собой эластичными протеиновыми связками. Из-за таковой дополнительных хитростей и сложной «структуры», используемых пауками, паутина владеет необыкновенными механическими особенностями.

К примеру, она способна поддерживать натяжение кроме того при попытке сблизить финиши нитей — капли жидкости разрешают ей действенно сворачиваться в клубок поддерживая структуру и не запутываясь. 

Как как раз фононная запрещенная территория может помогать паукам в применении паутины неизвестно. Фононные устройства — аналоги полупроводниковых и фотонных разработок. К примеру, посредством фононных кристаллов возможно создать звуковой диод, пропускающий звуковые колебания только в одном направлении.

Подобно электромагнитным волнам, различают пара диапазонов частот фононных колебаний: инфразвук (ниже 15 герц), звук (от 15 до 20 000 герц), ультразвук (от 20 килогерц до 100 мегагерц), гиперзвук (от 100 мегагерц до 100 гигагерц) и тепловые колебания.

Создатель: Владимир Королёв

Случайные записи:

• Солнечные батареи могут почернеть
• Рулонная печать интегральных микросхем

Определение ширины запрещённой зоны полупроводника по температурной зависимости обратного тока диода

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• В белгороде модифицировали наноразмерные углеродные покрытия

  Вся современная микроэлектроника основана на применении монокристаллического кремния, и маловероятно, что в ближайщее время какой-либо второй…

• В мозге нашли «зону сновидений»

  Широкий участок задней коры меняет собственную электрическую активность, когда нам начинает что-то сниться. Сон делится на пара стадий: фазу…

• Специфические нанополоски помогают улучшить электронные устройства

  Совместная несколько исследователей из америки и Испании внесла предложение метод создания совершенных на атомарном уровне нанолент из графена разной…

• Электроника на лентах

  Еще не обучились толком вырабатывать микроэлектронные структуры на базе графена (монослой графита), а уже полным ходом исследуют свойства так называемых…