مادة خارقة جديدة للتحكم في الموجات الميكانيكية

في المواد الفوقية المعروفة حتى الآن ، تكون ظاهرة الانكسار السالب متناظرة ، أي أنها لا تميز بين الزوايا الموجبة والسالبة لوقوع الموجات. اكتشفت مجموعة من العلماء بقيادة أليساندرو بيتانتي وسيمون زانوتو من معهد علوم النانو (Cnr-Nano) أنه من الممكن كسر هذا التناظر من خلال إنشاء مادة خارقة مبتكرة يتم التأكيد عليها ميكانيكيًا مع ترددات في نطاق GHz.

تمثل الدراسة ، التي نُشرت في Nature Communications ، تقدمًا في القدرة على معالجة الموجات الميكانيكية عالية التردد ، وقد تفضل تطور التقنيات الحديثة القائمة على ميكانيكا النانو جيجاهرتز.

المواد الخارقة

المواد الفوقية هي مواد ذات بنية صناعية ، تتكون من عناصر دقيقة لأشكال معينة ، مثل إضفاء خصائص جديدة غير موجودة في المواد المعتادة. على وجه الخصوص ، تعد المواد الخارقة مثيرة للاهتمام للتحكم في الموجات الكهرومغناطيسية والموجات الصوتية ومعالجتها. قام باحثو Cnr-Nano ، بالتعاون مع زملائهم من Istituto officina dei materiali (Cnr-Iom) ومعهد Paul Drude ، بتصميم مادة خارقة جديدة تخضع لظاهرة انكسار موجي لم تُلاحظ من قبل ، والتي يطلق عليها اسم "سلبي" الانكسار غير المتماثل ".

المواد الفوقية والموجات الكهرومغناطيسية

عندما تدخل المواد الخارقة ذات البنية الخاصة ، تخضع الموجات الكهرومغناطيسية والصوتية والميكانيكية لـ "انحراف" معين يسمى الانكسار السالب. المواد الفوقية المعروفة حتى الآن متناظرة ، أي أنها لا تميز بين زوايا الوقوع الموجبة والسالبة. في المادة الجديدة التي صممها الباحثون ، تم كسر هذا التناظر ، كما يوضح Simone Zanotto: "عندما تصطدم الموجة بمادة خارقة بشكل غير مباشر ، فإنها تستمر بداخلها ، وتنحرف نحو نفس الجانب الذي وصلت منه. هذا هو انكسار سلبي. تُظهر المادة الخارقة التي طورناها سلوكًا أكثر غرابة: فهي قادرة على تحويل الموجة بطرق مختلفة اعتمادًا على الجانب الذي تأتي منه. تنكسر الأمواج سلبًا عندما تأتي من جانب وعادة عندما تأتي من الجانب الآخر "

الانكسار السلبي غير المتماثل

حصل الباحثون على الانكسار السلبي غير المتماثل من خلال استغلال بنية بسيطة نوعًا ما للمادة ، والتي تتكون من سلسلة من التجاويف الدقيقة على شكل حرف L محفورة على طبقة من زرنيخيد الغاليوم.

لإنشاء المادة الفوقية ، تم استخدام تقنيات التصنيع النانوي المتقدمة في مختبرات Nest في Cnr-Nano و Scuola Normale بدءًا من المواد التي أنتجها Giorgio Biasiol في Cnr-Iom. تم اختبار العينة بعد ذلك باستخدام الموجات الميكانيكية من قبل مجموعة البحث التابعة لـ Paulo Santos (معهد Paul Drude) الذي يتمتع بخبرة معترف بها عالميًا في القياسات الميكانيكية عالية التردد لأنظمة الحالة الصلبة. بفضل محاكاة العناصر المحدودة التي أجراها Alessandro Pitanti ، كان من الممكن تفسير النتائج والسلوك غير المتماثل للانكسار.

ترددات عالية

يعد اختيار العمل على ترددات عالية مع موجات بترتيب GHz جديدًا آخر ، فضلاً عن تحد تقني كبير. يوضح Zanotto: "إنه نطاق لا يزال يتم استكشافه قليلاً ، ولكنه ذو أهمية وأهمية مطلقة في قطاعات مثل تقنيات 4G و 5G وكذلك لأنظمة الاتصالات الكمومية الناشئة". "إن استخدام الرنانات الميكانيكية عالية التردد لتنفيذ مجسات ميكانيكية حرارية للأشعة تحت الحمراء أمر متوقع أيضًا في المستقبل".

"النتيجة هي خطوة مهمة نحو التحكم الكامل في الموجات الميكانيكية ، لأنها تتيح لنا التمييز ، على سبيل المثال ، الموجات القادمة من اليسار من تلك القادمة من اليمين" "بشكل عام ، يمكن أيضًا استخدام هذه النتيجة للموجات المنخفضة ميكانيكا التردد "، يتابع Simone Zanotto ،" من حيث المبدأ ، من خلال "إعادة قياس" بسيطة للمادة الفوقية ، يمكن أن تجد تطبيقًا ، على سبيل المثال ، حتى في انحراف الموجات الزلزالية من أجل حماية المباني ". هناك أفق آخر يتمثل في دمج بواعث / أجهزة استشعار الكم - على هذا المستوى ، يمكن أن تلعب أنظمتنا دورًا مهمًا في المنصات المستقبلية للحوسبة الكمومية والتواصل.

الصياغة BlogInnovazione.it

â € <