新颖的材料:声波向后行驶

设计的弹性超材料结构由单个线性弹性材料制成。(插图:易陈博士)

为订单卓越群体的3D物质的研究人员使用超级材料的rotons - 自然通信发布了第一个结果。

气体,液体和固体中的声波通常以几乎恒定的声速行进。所谓的旋转是一个例外:它们的声音速度显着变化,波长显着,并且波浪也可能向后行驶。Karlsruhe理工学院(KIT)的研究人员正在研究使用旋转在人造材料中的可能性。通过超精密3D激光打印生产的这些计算机设计的超材料,可能会在未来使用以前从未实现的方式操纵或直接发声。关于研究人员工作的报告已发表于此自然通信。(DOI:10.1038 / S41467-021-23574-2)

旋转是Quasiparticly,这意味着它们与自由颗粒类似地行事。与气体,液体和固体中的普通声波不同,声音的速度随着波长而变化显着变化。另外,某些频率产生三个不同的部分波。“它们中间的最慢是一个落浪:能量流动和波前沿恰好相反的方向运行,”从应用物理研究所(APH)和纳米技术研究所(int)的Martin Wegener教授解释。理解和受益于诸如罗顿等Quasiply的Quasiply是量子物理学的巨大挑战之一。物理学家Lev Landau于1962年赢得了诺贝尔奖,为他的突破性作品预测了它们在超浊的背景下存在,其中流体失去其内部摩擦并以几乎理想的方式导热导热性。到目前为止,只能在非常低的温度下在特殊量子物理条件下观察到旋转 - 因此不适合技术应用。

没有任何量子效应的旋转

这可能会在未来发生变化:在套装凯特卓越级别和海德堡大学的3D物质中,一群研究人员正在研究“成长”旋转的超级材料。超材料表现出在自然界中未发现的光学,声学,电气或磁性。科学家们提出了一种人造材料,其可以在正常环境条件下和几乎随机频率或波长下产生没有任何量子效应的旋转。因此,将来可能有可能更好地操纵空气中的声波或材料中的声波,例如,将它们反弹,重定向它们或产生回波。这些材料尚未通过实验证明;然而,应该通过使用超精密3D激光打印等技术来生产它们。“我们甚至在同时制作了一些这些超级材料,”马丁·韦·纳斯教授说。“目前,我们正在密集地努力实现旋转存在的直接实验证明。”

3D打印 - 从数字到物理世界的网关

出版物的主要作者易辰博士解释说,研究人员依赖于反思的结合,许多讨论和数值模拟和优化,以设计具有这种新特性的计算机辅助虚拟设计的材料。他的工作作为套件的博士后研究员由Alexander von Humboldt基金会资助,并融入了题为“物质系统工程”的亥姆霍兹计划于2021年。“一般来说,我们的梦想是在电脑上设计材料将它们直接转变为现实 - 没有多年的审判和错误。所以3D打印只是一个自动转换器,因为它是从数字到物理世界,“马丁韦格纳教授解释道。(或)

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原始出版物(开放式访问):

易辰,Muamer Kadic,和马丁Wegener:三维超材料中的旋转声学分散关系。自然通信,2021. DOI:10.1038 / S41467-021-23574-2

链接到论文:https://万维网。自然。COM /文章/S41467-021-23574-2

有关“令人秩序的3D物质”卓越集群的更多信息:https://万维网。3dmattermadetoorder。成套工具。edu.

关于套件材料中心的更多信息:https://万维网。材料。成套工具。edu.

联系此新闻稿:

Regina Link,新闻稿,电话:+49 721 608-41158,Regina.link@kit.edu.

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