Учёные из Южной Кореи впервые в мире экспериментально продемонстрировали нелинейное волновое явление, которое изменяет свою частоту — либо повышая, либо понижая её — в зависимости от направления распространения волн.
Как Янус — римский бог с двумя лицами, смотрящими в противоположные стороны, — система демонстрирует разные реакции в зависимости от направления входящей волны. Это новаторское исследование открывает новые горизонты для технологий, начиная от медицинской ультразвуковой визуализации и заканчивая продвинутым контролем шума.
Команда исследователей
Исследовательская группа под руководством профессора Джунсука Ро из Департаментов механического, химического, электротехнического инжиниринга и Высшей школы конвергентных наук и технологий POSTECH, а также доктора Ёнгтэ Джана, кандидата наук Бёмсока О и профессора Ынхо Кима из Национального университета Чонбук, экспериментально продемонстрировала явление двунаправленного асимметричного преобразования частоты в системе гранулированного фононно-кристаллического типа.
Их выводы были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Технологии и перспективы
Многие современные технологии основаны на преобразовании частоты: например, зелёные лазерные указки удваивают частоту невидимого инфракрасного света для создания видимого зелёного света, в то время как направленные динамики преобразуют ультразвуковые частоты в слышимые звуки.
Эти процессы обычно используют нелинейные эффекты, при которых реакция системы не масштабируется линейно с интенсивностью входного сигнала. Однако такое преобразование частоты традиционно требует сложных структур, фиксированных направлений распространения или внешних методов модуляции.
Чтобы преодолеть эти ограничения, команда разработала гранулированную структуру фононно-кристаллического типа, состоящую из соединённых цилиндрических элементов с локально изменяющейся жёсткостью. Эта структура позволяет системе демонстрировать совершенно разные реакции в зависимости от направления распространения волны.
Потенциал технологии
Эта технология обещает перспективные применения в различных областях. Она может обеспечить избирательное подавление вибраций от строительных или сейсмических активностей, повысить разрешение медицинской ультразвуковой визуализации и привести к созданию акустических устройств, способных обнаруживать звуки, которые в противном случае были бы неслышимы.
Новое состояние квантовой материи
Исследователи из Калифорнийского университета в Ирвайне обнаружили новое состояние квантовой материи. Это состояние существует в материале, который, по мнению команды, может привести к новой эре самозаряжающихся компьютеров и компьютеров, способных выдерживать вызовы космических путешествий.
Новое состояние
«Это новая фаза материи, подобная тому, как вода может существовать в виде жидкости, льда или пара», — сказал Луис А. Хауреги, профессор физики и астрономии в Калифорнийском университете в Ирвайне и автор соответствующей статьи в журнале Physical Review Letters.
«Это было только теоретически предсказано — никто не измерял это до сих пор».
Это новое состояние похоже на жидкость, состоящую из электронов и их аналогов, известных как «дырки», которые спонтанно объединяются и образуют экзотические состояния, известные как экситоны. Необычно то, что электроны и дырки вращаются вместе в одном направлении.
Применение в космосе
«Это нечто новое», — сказал Хауреги. «Если бы мы могли держать это в руках, оно бы светилось ярким светом высокой частоты».
Материал был синтезирован, охарактеризован и превращён в измеримые устройства в Калифорнийском университете в Ирвайне Цзинью Лю с помощью аспирантов Роберта Уэлсера и Тимоти МакСорли и студента бакалавриата Триета Хо.
Теоретическое моделирование и интерпретация были предоставлены Шизенгом Лином, Варшей Субраманян и Авадхом Саксеной в Лос-Аламосской национальной лаборатории. Эксперименты с высокими магнитными полями проводились при поддержке Лорел Уинтер и Майкла Т. Петтеса в Лос-Аламосской национальной лаборатории и Дэвида Графа в Национальной лаборатории высоких магнитных полей во Флориде.
Объединение квантовой и релятивистской теорий
Знаменитое замечание Альберта Эйнштейна «Бог не играет в кости» критиковало вероятностную природу квантовой механики. Парадоксально, но его теория относительности стала важным инструментом для понимания поведения электронов, основных субъектов квантовой механики.
Новый подход
Группа исследователей под руководством профессора Ноджунга Парка в Департаменте физики UNIST и профессора Кён-Вхана Кима из Университета Ёнсе представила новую теоретическую основу, которая позволяет более точно описывать спин электронов в твёрдых материалах.
Команда предложила инновационный теоретический подход, который описывает спин-орбитальную связь без использования оператора орбитального углового момента. Вместо этого они ввели концепцию спин-решёточного взаимодействия, релятивистского эффекта, который можно напрямую включить в квантово-механическое описание электронов в твёрдых телах.
Их результаты продемонстрировали улучшенную точность и эффективность в прогнозировании распределений спинов, спиновых токов и магнитных откликов по сравнению с традиционными моделями.
Совместная исследовательская группа прокомментировала: «Наш подход устраняет давние вычислительные несоответствия, вытекающие из разрыва между квантовой механикой и теорией относительности. Он обеспечивает прочную основу для будущих исследований в области спинтроники и устройств памяти следующего поколения».