Tyrėjai nustatė, kad trūkumai apsaugo sistemos simetriją


Tyrėjai nustatė, kad trūkumai apsaugo sistemos simetriją

Tarptautinė tyrimų grupė naudojo šį akustinės grotelės modelį, kad ištirtų, kaip tyčiniai defektai galėtų apsaugoti sistemos simetriją. Kreditas: Guancong Ma / Honkongo baptistų universitetas

Tarptautinis mokslinių tyrimų bendradarbiavimas atrado, kaip išnaudoti tam tikrus defektus, siekiant apsaugoti ribotą energiją akustinėse sistemose. Pasak vyriausiojo tyrėjo Yun Jing, Peno valstijos akustikos ir biomedicinos inžinerijos docento, jų eksperimentinis metodas suteikia universalią platformą, leidžiančią sukurti norimus defektus tolesniam teoriniam patvirtinimui ir pagerinti bangų valdymą kitose sistemose, pvz., šviesoje.

Komanda paskelbė savo rezultatus Fizinės apžvalgos laiškai, pavyzdinis Amerikos fizikos draugijos leidinys. Tyrimas buvo pasirinktas kaip „Redaktorių pasiūlymas“ ir buvo pateiktas APS komentarų straipsnyje.

Darbas yra susijęs su fononais ir galbūt jų optiniu ekvivalentu, fotonais, kurie gali pereiti tam tikras ribas vadinamosiose topologinėse gardelėse be sklaidos. Tokios gardelės pirmą kartą buvo aptiktos kondensuotoje medžiagoje, kurioje medžiagas sudaro atomai, besikartojantys tiksliais raštais, laikomi kartu per savo jungčių jėgą, arba kaip jos yra surištos viena su kita taip, kad vieno partnerio pasikeitimas gali turėti įtakos kitas. Pasak Jing, šios medžiagos turi topologiškai apsaugotas būsenas, kurios išlieka nepakitusios, net jei sistemoje yra tam tikrų trūkumų.

Šių norimų būsenų perkėlimas už ribojančių ribų į didžiąją medžiagos dalį gali paskatinti naujus jutimo pritaikymus, sakė Jingas. Tačiau kai kuriose valstybėse dėl tokio judėjimo reikia įvesti naujų defektų, kurie dažnai pažeidžia sistemos chiralinę simetriją – pagrindinę savybę, leidžiančią maksimaliai apriboti būsenas, susijusias su įvestu defektu. Tai reiškia, kad valstybės energija yra kuo labiau izoliuota nuo režimų, kurie galėtų ją sumažinti arba sutrikdyti.

„Chiralinė simetrija reiškia simetrinio spektro egzistavimą: visi sistemos režimai yra arba poromis, kurių dažniai yra vienodu atstumu nuo nulinio dažnio, arba jie neturi partnerio ir sėdi tiksliai nuliniu dažniu“, – sakė Jingas ir pažymėjo, kad antrasis atvejis. yra labai retas ir atsiranda tik tam tikrose topologinių defektų konfigūracijose, ypač topologinėse gardelėse, įskaitant tą, kuri vadinama disklinacija. „Tačiau svarbiausia yra topologiniai defektai, kurie yra būtini norint įterpti norimą būseną į didžiąją dalį grotelės– dažnai sutrikdo chiralinę simetriją, o tai prieštarauja tikslui turėti topologinę struktūrą.

Tyrėjai galėjo padaryti išvadų, kurios pakluso chiralinei simetrijai, tačiau jie pateko į pirmąją simetrinio spektro kategoriją, kurioje tolygiai suporuotos būsenos yra tolygiai nutolusios nuo nulinio dažnio. Bendraautorius Wladimiras A. Benalcazaras, kuris tyrimo metu buvo Eberly doktorantas Peno valstijos fizikos katedroje, o dabar yra Prinstono universiteto Moore’o doktorantas, iškėlė teoriją, kad kadangi disklinacijos būsenos yra susijusios su defekto esme, galbūt būtų galima laikyti pačią disklinacijos simetriją, neleidžiančią nulinio dažnio būsenoms atsiskirti.

Norėdami tai patikrinti, mokslininkai sukūrė akustinę korio tinklelį kaip kristalinės gardelės analogą. Pasak Jing, daug lengviau sukurti ir manipuliuoti akustinės sistemos defektais nei kristalinėse medžiagose. Naudodami cilindrines ertmes atomams pavaizduoti, mokslininkai sukūrė defektą, pašalindami korio dalį, garsiakalbiais akustiškai sužadino grotelę ir išmatavo jos akustinį atsaką mikrofonu. Būsenos, susietos su disklinacijos šerdimi, yra užfiksuotos nuliniu dažniu, kurį Jing pavadino „privilegijuotuoju dažniu“, garantuojančiu maksimalų susietos būsenos uždarymą. Dažnis laikomas privilegijuotu, nes sumažina perturbacijų, sunaikinančių su juo susijusią būseną, galimybę.

„Mes siekiame suprasti, ar gali būti sukurti topologiniai defektai, tokie kaip atskyrimai, kad būtų galima sugauti labai ribotus akustinius režimus, kurie yra apsaugoti nuo trikdžių“, – sakė Benalcazaras. „Mūsų pagrindinė įžvalga buvo ta, kad jei atsižvelgsime į disklinacijos taškų grupės simetriją, porai disklinacijos režimų nebus galima susieti nuo nulio. dažnis. Šis apsaugos mechanizmas atsiranda dėl kristalinės gardelės simetrija apsaugotos topologinės fazės ir topologinio krūvio bei disklinacijos simetrijos sąveikos.

Tai pirmasis darbas, eksperimentiškai patvirtinantis, kad toks apsaugotas teigia egzistuoja disklinacijos branduolyje, sakė Jing. Akustinės grotelės platformos metodas yra naujas įrankis tyrėjams kurti įvairius defektai ir jų potencialas, anot tyrėjų, kurie teigė, kad teorija ir platforma gali būti pritaikytos ne tik akustikai, kad būtų galima išbandyti ir kurti valdomas programas su elektromagnetines bangas arba kvantinės sistemos kondensuotųjų medžiagų fizikoje.


Kvazisimetrija CoSi atskleidžia naujo tipo topologinę medžiagą


Daugiau informacijos:
Yuanchen Deng ir kt., Degeneruotų nulinės energijos topologinių būsenų stebėjimas akustinėje grotelėje esant skirtumams, Fizinės apžvalgos laiškai (2022). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.128.174301

Citata: Tyrėjai nustatė, kad trūkumai užtikrina sistemos simetrijos apsaugą (2022 m. gegužės 20 d.), gauta 2022 m. gegužės 21 d. iš https://phys.org/news/2022-05-imperfections-symmetry.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Išskyrus bet kokius sąžiningus sandorius privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, jokia dalis negali būti atkuriama be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.