Там больше пены, чем встречает глаз. В буквальном смысле. Исследование Принстонского ученых показали, что типа пена долго изучали ученые, способен блокировать определенные длины волн света, желанную собственность для следующего поколения информационных технологий, которая использует свет вместо электричества.
Исследователи, интегрируя знания из области материаловедения, химии и физики провели исчерпывающий компьютерное моделирование структуры, известные как Уэйра-Фелана пены. Они обнаружили, что эта пена позволит на некоторых частотах свету проходить при полностью отражая другие. Такое избирательное блокирование, известные как фотонные запрещенные зоны, подобное поведение полупроводника, основой материала за всей современной электроники, благодаря своему умению контролировать поток электронов в чрезвычайно малых масштабах.
«Это недвижимость, которую мы хотим: всенаправленный зеркало для определенного диапазона частот», — сказал Сальваторе Торквато, профессор химии Принстонского института науки и Технологии материалов. Торквато, Льюис Бернард профессор естественных наук, опубликовал результаты ноября. 6 в Трудах Национальной академии наук, вместе с соавторами Майкл Клаттиа, докторской исследователь, и физик Пол Стейнхардт, профессор Принстонского университета, который Альберт Эйнштейн в науке.
А многочисленные примеры фотонными запрещенными зонами, как было показано ранее в различных типах кристаллов, исследователи считают, что их новое открытие является первым примером в пену, похожую на пену из мыльных пузырей или пивом. Однако в отличие от неупорядоченных пены пива, Уэйра-Фелана пены-это точно структурированная организация с глубокими корнями в области математики и физики.
Истоки Уэйра-Фелана пены дату в 1887 году, когда шотландский физик лорд Кельвин предложил структуру для «эфира,» таинственное вещество, которое тогда считалось, образуют структуры, которая все пространство. Хотя понятие эфира было уже падает в немилость в то время, Кельвин предложил пены пошел на интриги математики для век, поскольку он представляется наиболее эффективным способом, чтобы заполнить пространство взаимосвязанных геометрических фигур, которые имеют минимально возможной площадью поверхности.
В 1993 году Денис физиков Уэйр и Роберт Фелан нашли альтернативный механизм, который требует чуть меньше площадь. С тех пор интерес к Уэйра-Фелана структура была в основном в области математики, физики и творческих сообществ. Структура была использована в качестве наружной стены «Пекинский Водный куб», созданный к Олимпиаде-2008. Новая находка сейчас делает структуру интерес для материаловедов и технологов.
«Вы начинаете с классической, красивая проблема в геометрии, в математике, а теперь вдруг у вас есть этот материал, что открывает фотонной запрещенной зоны», — сказал Торквато.
Торквато, Клаттиа и Стейнхардт заинтересовался Уэйра-Фелана пены как тангенс другой проект, в котором они расследуют «hyperuniform» неупорядоченных материалов как инновационный способ управления светом. Хотя не их оригинальный фокус, три понял, что это точно структурированной пены были интригующими свойствами.
«Мало-помалу стало очевидно, что там было что-то интересное», — сказал Торквато. «И в конце концов мы сказали, ‘Хорошо, давайте поставим главный проект в сторону на некоторое время, чтобы заниматься этим.'»
«Всегда обращайте внимание на то, что на второй план исследования,» Клаттиа добавил.
Уэйра, который не принимал участия в этом новом открытии, сказал, что Принстон открытие является частью расширения заинтересованность в материале, так как он и Фелан открыл его. Он сказал, что возможно новое применение в оптике, вероятно, проистекает из материала очень изотропными, или не сильно направленными свойствами.
«Тот факт, что он отображает фотонной запрещенной зоной разрыва очень интересно, потому что оказывается, что так много специальных свойств,» сказал Эндрю Kraynik, эксперт в пеноматериалах, который заработал его доктор философии в области химического машиностроения из Принстона в 1977 году и изучал Уэйра-Фелана пены много, но не участвует в Принстоне исследования. Еще один Принстонский связи, сказал Kraynik, что ключевым инструментом в раскрытии и анализе Уэйра-Фелана пены-это программный инструмент под названием Surface Evolver, который который оптимизирует формы в соответствии с их поверхностными свойствами и был написан Кеном Бракке, который заработал его доктор философии по математике в Принстонском университете в 1975 году.
Чтобы показать, что Уэйра-Фелана пены выставленный свет-управления свойствами они стремятся, Клаттиа разработали дотошные расчеты, которые он выполнял на суперкомпьютерных мощностях Принстонского Института вычислительной науки и техники.
«Программы, ему пришлось бежать очень трудоемким», — сказал Торквато.
Работа открывает многочисленные возможности для дальнейших изобретений, сказали исследователи, которые окрестили новую сферу деятельности, как «phoamtonics» (мэшап из «пены» и «фотоника»). Потому что пенится происходить естественно и относительно легко сделать, одна возможная цель будет, чтобы уговорить сырья к самоорганизации в точного расположения Уэйра-Фелана пены, сказал Торквато.
При дальнейшем развитии, пена может транспорт и манипулировать светом, используемые в телекоммуникации. В настоящее время большая часть данных проходит по интернету осуществляется с помощью стекло волокна. Однако, в пункт назначения, свет преобразуется обратно в электричество. Фотонной запрещенной зоны материалов может направить свет гораздо точнее, чем обычные волоконно-оптических кабелей и может служить в качестве оптических транзисторов, которые выполняют вычисления, используя свет.
«Кто знает?», — сказал Торквато. «Как только вы имеете это в результате, то это обеспечивает экспериментальные задачи на будущее.»
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!