16:09 2022-05-19
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Estomparea graniței dintre materia Floquet și metamateriale
_ Estomparea graniței dintre Materia flochet și metamaterialele
Metamaterialele — medii artificiale cu structuri adaptate la lungimea de undă — au cuprins acum o gamă largă de proprietăți noi care nu sunt disponibile în natură. Acest domeniu de cercetare s-a extins pe diferite platforme de valuri, ceea ce a condus la descoperirea și demonstrarea unei multitudini de fenomene de valuri exotice. Cel mai recent, conceptele metamaterialelor au fost extinse la domeniul temporal, deschizând calea către concepte complet noi pentru controlul undelor, cum ar fi propagarea nereciprocă, inversarea timpului, noi forme de câștig optic și de tracțiune.
Între timp, conceptul de materie de proiectare a inspirat, de asemenea, eforturi semnificative de cercetare în fizica materiei condensate, lărgind orizontul fazelor cunoscute ale materiei. De un interes deosebit a fost activitatea recentă în materia Floquet, caracterizată prin modulații periodice impuse, de ex. printr-un impuls optic puternic, asupra peisajului energetic experimentat de electronii dintr-un sistem, modificându-le astfel în mod dramatic dinamica în stare de echilibru.
Într-o nouă lucrare Perspective publicată în eLight, o echipă de oameni de știință condusă de profesorul Andrea Alù de la Universitatea City din New York (CUNY) subliniază fereastra de oportunitate oferită la confluența dintre materia Floquet și metamateriale. Lucrarea lor Perspective evidențiază oportunitățile interesante care apar din sinergiile lor.
Un tărâm în care fizica Floquet a găsit recent un teren fertil este cel al izolatorilor topologici, materiale care găzduiesc unde imune la împrăștierea impurităților sau a dezordinelor dintr-un material, și a cărui descoperire a dus la premiul Nobel pentru fizică în 2016. Izolatorii topologici statici își extrag de obicei proprietățile exotice din aranjamentul lor cristalin spațial specific sau din aplicarea unui câmp magnetic. Cu toate acestea, modulația temporală periodică într-un sistem Floquet poate produce și un câmp magnetic eficient sintetic, care nu este unic pentru electroni, dar poate fi astfel realizat pentru unde electromagnetice (fotoni), vibrații elastice într-un material solid sau aer (fononi), sau chiar undele de apă, care în mod normal nu experimentează efectele unui câmp magnetic fizic.
Implementările optice ale sistemelor Floquet au fost realizate în mod tradițional prin înlocuirea direcției temporale cu una spațială. Cu toate acestea, conform teoremei lui Noether, neomogenitățile temporale implică în mod intrinsec prezența câștigului și pierderii într-un sistem: ipoteza comună a conservării energiei nu este valabilă în general într-un astfel de scenariu, în care energia este schimbată cu mecanismul extern (care acționează ca o energie). baie) exercitând modularea în timp. Datorită dinamicii lor intrinseci de neechilibru, sistemele topologice Floquet pot găzdui caracteristici unice care nu sunt disponibile în omologii lor statici.
În paralel, metamaterialele permit adaptarea interacțiunilor extreme unde-materie, iar dimensiunea temporală a fost recent a apărut ca un nou grad de libertate pentru a proiecta dinamica valurilor exotice. Aceasta a inclus inversarea timpului (și anume analogul temporal al reflexiei la granița dintre două medii), nereciprocitatea (propagarea undelor dependentă de direcție într-un material) și multe alte efecte. Este important că conceptul de metamaterial s-a extins acum în majoritatea tărâmurilor undelor, oferind o platformă ideală în care conceptele care au apărut în comunitatea fizicii Floquet pot înflori și pot găsi un teren de joacă experimental bogat.
Cu toate acestea, amploarea fizicii valurilor cuprinsă în conceptele metamateriale aduce, de asemenea, propriile sale complexități exotice și bogăție de sofisticare fizică. De exemplu, majoritatea sistemelor fotonice prezintă o întârziere temporală intrinsecă în răspunsul lor la o undă de impact, care este de obicei absentă atunci când se rezolvă ecuația Schrodinger pentru undele de materie, cum ar fi electronii. Acest efect, numit dispersie (care se află în spatele divizării luminii albe în culorile curcubeului de către o prismă, de exemplu), introduce un loc de joacă bogat pentru proiectarea de noi forme de răspunsuri ale materialelor atunci când proprietățile materialului sunt schimbate în timp la viteze ultrarapide. Aceste modificări ultrarapide (mai rapide decât perioada undelor) ale proprietăților materialelor imită, în domeniul temporal, ceea ce în domeniul metamaterialelor se numesc meta-atomi: acestea sunt blocurile fundamentale ale căror răspuns individual și aranjament periodic, dau naștere proprietăților emergente. a unui metamaterial.
Prin urmare, adaptarea comutării temporale specifice aplicate unei meta-structuri deschide o cale neexplorată pentru proiectarea metamaterialelor Floquet, structuri în care sinergia dintre răspunsul meta-atomilor temporali unici și a acestora Comportamentul emergent Floquet poate fi folosit pentru proiectarea unor forme complet noi de interacțiuni undă-materie. Astfel, această confluență promite să îmbogățească ambele domenii prin dezvoltarea de concepte fundamentale noi, precum și cu o mulțime de oportunități pentru implementări experimentale în toate domeniile undelor (clasice).
Comentarii:
Adauga Comentariu