Механикалық толқындарды басқаруға арналған жаңа метаматериал

Осы уақытқа дейін белгілі метаматериалдарда теріс сыну құбылысы симметриялы, яғни толқындардың оң және теріс түсу бұрыштарын ажыратпайды. Наноғылымдар институтының (Cnr-Nano) Алессандро Питанти мен Симон Заното бастаған ғалымдар тобы ГГц диапазонындағы жиіліктермен механикалық кернеуге ұшыраған инновациялық метаматериал жасау арқылы бұл симметрияны бұзуға болатынын анықтады.

Nature Communications журналында жарияланған зерттеу жоғары жиілікті механикалық толқындарды манипуляциялау мүмкіндігіндегі ілгерілеушілікті білдіреді және ГГц наномеханикасына негізделген заманауи технологиялардың эволюциясын қолдауы мүмкін.

Метаматериалдар

Метаматериалдар - бұл әдеттегі материалдарда жоқ жаңа қасиеттерді беру сияқты белгілі бір пішіндегі микроэлементтерден тұратын жасанды құрылымы бар материалдар. Атап айтқанда, метаматериалдар электромагниттік толқындар мен акустикалық толқындарды басқару және манипуляциялау үшін қызықты. Cnr-Nano зерттеушілері Istituto officina dei materiali (Cnr-Iom) және Пол Друд институтының әріптестерімен бірлесе отырып, бұрын ешқашан байқалмаған толқындық сыну құбылысына ұшырайтын жаңа метаматериалды құрастырды, оның атауы «теріс асимметриялық сыну».

Метаматериалдар және электромагниттік толқындар

Арнайы құрылымды метаматериалдарға енген кезде электромагниттік, акустикалық және механикалық толқындар теріс сыну деп аталатын белгілі бір «ауытқуға» ұшырайды. Осы уақытқа дейін белгілі метаматериалдар симметриялы, яғни олар түсудің оң және теріс бұрыштарын ажыратпайды. Зерттеушілер әзірлеген жаңа материалда бұл симметрия бұзылған, себебі Симон Занотто былай деп түсіндіреді: «Толқын метаматериалға қиғаш соғылған кезде, ол келген жағына қарай ауытқи отырып, оның ішінде жалғасады. Бұл теріс сыну. Біз жасаған метаматериал одан да экзотикалық мінез-құлықты көрсетеді: ол қай жағынан келетініне байланысты толқынды әртүрлі тәсілдермен бұруға қабілетті. Толқындар бір жағынан келгенде теріс, ал екінші жағынан келгенде теріс сынылады»

Асимметриялық теріс сыну

Зерттеушілер ассиметриялық теріс сынуды галлий арсениді қабатында ойып жазылған L-тәрізді микро қуыстар қатарынан тұратын материалдың қарапайым құрылымын пайдалану арқылы алды.

Метаматериалды жасау үшін Cnr-Nano және Scuola Normale Nest зертханаларында Джорджио Биасиол Cnr-Iom компаниясында шығарған материалдардан бастап озық наноабрикация әдістері қолданылды. Содан кейін үлгіні қатты дене жүйелерін жоғары жиілікті механикалық өлшеуде әлемдік деңгейде мойындалған Пауло Сантос (Пол Друд институты) зерттеу тобы механикалық толқындармен сынады. Алессандро Питанти жүргізген соңғы элементтерді модельдеудің арқасында нәтижелерді және сынудың асимметриялық әрекетін түсіндіру мүмкін болды.

Жоғары жиіліктер

ГГц ретті толқындармен жоғары жиілікте жұмыс істеуді таңдау тағы бір жаңалық, сонымен қатар айтарлықтай техникалық қиындық болып табылады. «Бұл әлі де аз зерттелген диапазон, бірақ 4G және 5G технологиялары сияқты секторларда, сондай-ақ жаңадан пайда болған кванттық байланыс жүйелері үшін абсолютті қызығушылық пен өзектілік», - деп түсіндіреді Занотто. «Инфрақызыл сәулелерге термомеханикалық сенсорларды енгізу үшін жоғары жиілікті механикалық резонаторларды пайдалану да болашақта болжануда».

«Нәтиже механикалық толқындарды толық бақылау жолындағы маңызды қадам болып табылады, өйткені ол, мысалы, сол жақтан келетін толқындарды оң жақтан келетін толқындарды ажыратуға мүмкіндік береді» «Жалпы алғанда, бұл нәтиже төмен толқындар үшін де қолданылуы мүмкін. жиілік механикасы», - деп жалғастырады Симон Занотто, «Негізінде, метаматериалды қарапайым «қайта масштабтау» арқылы ол, мысалы, ғимараттарды қорғау үшін сейсмикалық толқындардың ауытқуында да қолдануды таба алады». «Тағы бір көкжиек – кванттық эмитенттерді/датчиктерді біріктіру – бұл деңгейде біздің жүйелер кванттық есептеулер мен байланыс үшін болашақ платформаларда маңызды рөл атқара алады.

редакциялық BlogInnovazione.it

مور