Air ais ann an 1887, mhol am fiosaig Albannach Uilleam MacThòmais a mhodail geoimeatrach de structar an ether, a bha, a rèir coltais, na mheadhan a bha a’ sìor fhàs, agus tha na crithidhean sin gan nochdadh fhèin dhuinn mar thonnan electromagnetic, a’ gabhail a-steach solas. A dh 'aindeoin fàilligeadh iomlan an teòiridh ether, bha am modail geoimeatrach fhathast ann, agus ann an 1993, mhol Denis Ware agus Raibeart Phelan modail nas adhartaiche de structar a bha comasach air àite a lìonadh cho mòr' sa ghabhas. Bhon uairsin, tha am modail seo air a bhith inntinneach sa mhòr-chuid do luchd-matamataig no luchd-ealain, ach tha rannsachadh o chionn ghoirid air sealltainn gum faodadh e a bhith na bhunait airson teicneòlasan san àm ri teachd a bhios a’ cleachdadh solas an àite dealan. Dè a th 'ann an foam Ware-Phelan, dè a tha ga dhèanamh neo-àbhaisteach, agus ciamar a ghabhas a chleachdadh airson solas a ghlacadh? Lorgaidh sinn freagairtean dhaibh sin agus ceistean eile ann an aithisg na buidhne rannsachaidh. Rachaibh.
Bunait rannsachaidh
Gu litearra ceud bliadhna air ais anns a 'choimhearsnachd shaidheansail bha teòiridh glè inntinneach mu dheidhinn cuspair sònraichte de gach nì mun cuairt. Bha an teòiridh seo ag amas air nàdar tonnan electromagnetic a mhìneachadh. Bhathar a 'creidsinn gu bheil an ether a' cuairteachadh a h-uile càil agus gur e stòr nan tonnan sin. Sgrios na lorgaidhean saidheansail a lean an teòiridh ether e gu tur.
Uilleam MacThòmais
Ach, ann an 1887, nuair a bha teòiridh an ether làn neart agus mòr-chòrdte, chuir mòran de luchd-saidheans am beachdan an cèill a thaobh dìreach mar a b ’urrainn don ether a h-uile àite a lìonadh. Bha Uilleam MacThòmais, ris an canar am Morair Kelvin cuideachd, mar eisgeachd. Bha e a’ coimhead airson structar a lìonadh an àite gu foirfe gus nach biodh raointean falamh ann. Chaidh an rannsachadh seo ainmeachadh nas fhaide air adhart mar dhuilgheadas Kelvin.
Eisimpleir prìomhadail: smaoinich air bogsa anns a bheil canastairean cola. Eadar iad, mar thoradh air an cumadh siolandair, bidh beàrnan ag èirigh, i.e. àite gun chleachdadh.
A bharrachd air a bhith a 'creidsinn nach robh an Talamh nas fhaide na 40 millean bliadhna a dh'aois, mhol MacThòmais structar geoimeatrach ùr, a chaidh a leasachadh le Denis Ware agus Raibeart Phelan, agus mar thoradh air an sin chaidh ainmeachadh às an dèidh.
Tha structar Ware-Phelan stèidhichte air cìr-mheala a bhios a’ lìonadh àite le polyhedra neo-cheangailte, gun a bhith a’ fàgail àite falamh. Tha a’ chìr-mheala, ris am bi sinn mar as trice a’ smaoineachadh air mar hexagons mar thoradh air a’ chìr-mheala, a’ tighinn ann an iomadh cumadh eadar-dhealaichte. Tha ciùbach, octahedral, tetrahedral, rhombic dodecahedral, msaa.
Structar Ware-Phelan
Is e an rud neo-àbhaisteach mu dheidhinn cìrean meala Ware-Phelan gu bheil iad air an dèanamh suas de dhiofar chumaidhean agus eileamaidean geoimeatrach. Aig a chridhe, tha e na fhìor foam de builgeanan den aon mheud.
B’ e sinnsear a’ chuain seo am fear a mhol am Morair Kelvin, air a bheil sinn eòlach mu thràth. Ach, bha an dreach aige air a dhèanamh suas de chìr-mheala ciùbach nas giorra. Bha structar Kelvin na chìr-mheala èideadh convex air a chruthachadh le octahedron truncated, a tha na polyhedron ceithir-aghaidh, làn àite (tetradecahedron), le 6 aghaidhean ceàrnagach agus aghaidhean 8 hex.
Bhathar den bheachd gu robh an roghainn seo airson lìonadh àite a mheudachadh air leth freagarrach airson faisg air ceud bliadhna, gus an do dh’ fhosgail Ware agus Phelan an structar aca ann an 1993.
Pentagondodecahedron agus decahedron
Is e am prìomh eadar-dhealachadh eadar cìr-mheala Ware-Phelan agus an fheadhainn a bh ’ann roimhe a bhith a’ cleachdadh dà sheòrsa de eileamaidean co-phàirteach, aig a bheil, ge-tà, an aon mheud: pentagondodecahedron (dodecahedron le co-chothromachd tetrahedral) agus XNUMXhedron le co-chothromachd rothlach.
Anns an obair air a bheil sinn a’ beachdachadh an-diugh, cho-dhùin luchd-saidheans bho Oilthigh Princeton foam Ware-Phelan a chleachdadh ann am fotonics. An toiseach, bha e riatanach faighinn a-mach a bheil beàrnan còmhlan photonic (PBGn) aig na foams sin, a tha a’ bacadh sgaoileadh solais anns a h-uile taobh agus airson a h-uile polarization thar raon farsaing de tricead.
Anns an sgrùdadh aca, sheall an luchd-saidheans gu bheil lìonra photonic 16,9D stèidhichte air foam Ware-Phelan a’ leantainn gu PBG cudromach (XNUMX%) le ìre àrd de iseatropaidh*, a tha na sheilbh chudromach airson cuairtean photonic.
Iseatropaidh* - feartan corporra co-ionann anns a h-uile taobh.
Rinn foam Kelvin agus foam C15 gu math cuideachd a thaobh PBG, ach bha iad nas ìsle na structar Ware-Phelan a thaobh seo.
Chaidh sgrùdaidhean coltach ris a dhèanamh roimhe seo, ach chuir iad fòcas air foam tioram dà-thaobhach. Chaidh a lorg an uairsin gu bheil foam tioram dà-thaobhach amorphous a ’taisbeanadh PBG a-mhàin airson polarachadh dealain transverse. Is e an duilgheadas a th’ ann gu bheil dà pholarachadh ann an foam XNUMXD.
A dh 'aindeoin na duilgheadasan a dh'fhaodadh a bhith ann, faodar foam 30D a mheas mar stuth gealltanach ann an raon photonics, a rèir an luchd-rannsachaidh. Tha adhbhar ann airson seo: tha laghan Plateau a’ dèanamh cinnteach gu bheil na h-oirean a’ cruthachadh vertices tetrahedral a-mhàin. Agus tha seo na bhuannachd mhòr dha lìonraidhean photonic. Is e eisimpleir iongantach de seo daoimean le PBG de XNUMX%.
Tha seilbh tetrahedral aig an foam aig co-chomharran uachdaran daoimean, ach tha e eadar-dhealaichte leis gu bheil oirean lùbte aige agus faid ceangail beagan neo-ionann. Chan eil air fhàgail ach faighinn a-mach ciamar agus gu dè an ìre gu bheil eadar-dhealachaidhean mar sin a’ toirt buaidh air feartan photonic.
Ma thèid riban an foam tioram 17D a dhèanamh nas tiugh, tha e comasach lìonraidhean photonic (ìomhaighean gu h-ìosal) a chruthachadh a tha a’ taisbeanadh PBGan photonic suas ri XNUMX%, an coimeas ri no nas fheàrr na eisimpleirean àbhaisteach de chriostalan photonic fèin-chruinnichte.
Ìomhaigh #1: Lìonraidhean foam photonic a gheibhear le bhith a’ tiormachadh oirean structar Ware-Phelan (clì), structar Kelvin (meadhan) agus foam C15 (deas).
Gus a leithid de mhodail a chuir an gnìomh ann an cleachdadh, feumaidh an foam tioram a bhith air a chriostalachadh an toiseach agus an uairsin air a chòmhdach le stuth dielectric. Gu nàdarra, bidh am PBG de foam nas ìsle na criostal photonic, ach faodar faighinn thairis air an ana-cothrom seo le grunn bhuannachdan. An toiseach, faodaidh fèin-eagrachadh an foam leigeil le sampallan mòra a dhèanamh gu sgiobalta. San dàrna h-àite, is dòcha gum bi raon nas fharsainge de thagraidhean aig heterostructures foam photonic, stèidhichte air rannsachadh roimhe.
Toraidhean rannsachaidh
An toiseach, bha e riatanach sgrùdadh a dhèanamh air foam tioram, a tha air a mhìneachadh mar minima ionadail den roinn eadar-aghaidh tessellation* le ùmhlachd do chuingealachaidhean meud, gus am bi an geoimeatraidh mu dheireadh a’ cumail ri laghan Plateau.
Tessellation* - a 'roinn an itealan gu pàirtean co-phàirteach a tha gu tur a' còmhdach an itealan gu lèir gun a bhith a 'fàgail beàrnan.
Gus na foams Ware-Phelan, Kelvin, agus C15 a thogail, thòisich an luchd-saidheans le tessellations Voronoi le cuideam airson criostalan BCC, A15, no C15, fa leth.
Sgeama Voronoi saor an asgaidh
Chaidh na crìochan a thaghadh gus am biodh an aon tomhas-lìonaidh aig a h-uile cealla dealachaidh.
Chaidh sgrùdadh a dhèanamh air lìonraidhean a chaidh a chruthachadh bho oirean lùbte foams agus bho oirean dìreach tessellation an fheadhainn a thàinig roimhe. Gus measadh a dhèanamh air topology de gach seòrsa foam, àireamhan fòn *.
Staitistig fàinne (staitistig fàinne) *Bidh mion-sgrùdadh air feartan topological stuthan lìonra (leaghan, siostaman criostalach no amorphous) gu tric stèidhichte air teòiridh graf a’ cleachdadh nodan airson dadaman agus bannan airson ceanglaichean eadar-amach. Tha neo-làthaireachd no ceangal eadar dà nodan air a dhearbhadh le bhith a ‘dèanamh anailis air gnìomhan cuairteachadh radial làn agus pàirt den t-siostam. Ann an stuth lìonra, canar frith-rathad ri sreath de nodan agus cheanglaichean ceangailte ann an sreath gun thar-tharraing. A’ leantainn a’ mhìneachaidh seo, chan eil ann an cearcall ach slighe dùinte. Ma nì thu sgrùdadh gu faiceallach air nód lìonra sònraichte, chì thu gum faod an nód seo pàirt a ghabhail ann an grunn fhàinneachan. Tha gach aon de na fàinneachan sin air a chomharrachadh le na tomhasan aige fhèin agus faodar an seòrsachadh a rèir nan dàimhean eadar na nodan agus na ceanglaichean a tha ga dhèanamh suas.
Chaidh a’ chiad dòigh air fàinne a mhìneachadh le Shirley W. King. Gus sgrùdadh a dhèanamh air ceangal SiO2 glainneach, tha i a’ mìneachadh fàinne mar an t-slighe as giorra eadar an dà nàbaidh as fhaisge air nód sònraichte.
Ann an cùis an sgrùdaidh air a bheilear a’ beachdachadh, chaidh àireamhachadh a dhèanamh air an àireamh de fhàinneachan as giorra gach vertex ann an cealla aonad.
Tha aon chill ann am modail Kelvin le 2 cheàrnag agus 4 hexagons gach vertex, ach chan eil ach aghaidhean pentagonal agus sia-thaobhach aig foam TCP (paca teann tetrahedrally) (cuibheasach: 5.2 agus 0.78 ann an foam Ware-Phelan; 5.3 agus 0.71 ann an foam C15). Tha tessellations Voronoi A15 agus C15 nan structaran TCP leis an àireamh as motha agus as lugha de oirean (f) gach 1 chill. Mar sin, tha an àireamh as motha de dh’ aghaidhean aig structar Ware-Phelan (f = 13 + 1/2), agus is e C15 an àireamh as lugha de dh’ aghaidhean (f = 13 + 1/3).
Às deidh dhaibh an ullachadh teòiridheach a chrìochnachadh, thòisich an luchd-saidheans a’ modaladh lìonra photonic stèidhichte air riban foam tioram, i.e. lìonra foam-photon. Chaidh a lorg gu bheil coileanadh siostam aig luach PBG de 20% air a mheudachadh, ach aig 15% bidh foam Ware-Phelan a ’fàs neo-sheasmhach. Air an adhbhar seo, chan eil luchd-saidheans air beachdachadh air foam fliuch, far a bheil crois-roinnean tricuspid aig crìochan an àrd-ùrlar. An àite sin, bha am fòcas air structaran foam tioram, far am faodadh luchd-saidheans meudachadh mean air mhean air tiugh nan riban.
A bharrachd air an sin, is e gach oir an axis medial den spherocylinder (capsule), far a bheil an radius na paramadair gleusaidh.
Tha an luchd-rannsachaidh a’ cur nar cuimhne nach e foam anns an t-seadh litireil a th’ ann an lìonraidhean foam mar sin, ach air sgàth sìmplidh san aithisg aca thèid an ainmeachadh mar “foam” no “foam network”.
Rè an atharrais, chaidh aire a thoirt don paramadair ɛ (eadar-dhealachadh dielectric) - a’ chuibhreann de sheasmhachd dielectric de stuthan le luachan insulation àrd is ìosal. Thathas den bheachd gu bheil an iomsgaradh dielectric eadar 13 agus 1, a tha gu cumanta air a chleachdadh anns an litreachas mar ìre àbhaisteach nuair a thathar a’ dèanamh coimeas eadar coileanadh diofar dhealbhaidhean stuthan photonic.
Airson gach lìonra, tha radius na h-oirean (spherocylinders) air a mheudachadh airson a 'cho-mheas as àirde de bheàrn a' chòmhlain agus a mheadhan: ∆ω/ωm, càite ∆ω is e leud a’ chòmhlain tricead, agus ωm - tricead taobh a-staigh na sgìre.
Ìomhaigh #2: Structar sòn photonic de foam Ware-Phelan (dearg), foam Kelvin (gorm), agus foam C15 (uaine).
An ath rud, chaidh na meudan PBG a thomhas agus lorg iad a bhith: 7.7% airson foam Kelvin, 13.0% airson foam C15 agus 16.9% airson foam Ware-Phelan. Bidh lughdachadh sgìre a’ meudachadh meud PBG le 0.7%, 0.3 no 1.3%.
Mar a dh'fhàs e soilleir bhon anailis, tha meudan PBG mòran nas motha aig lìonraidhean TCP na lìonraidhean Kelvin. Den dà lìonra TCP, tha am meud bandgap as motha aig foam Ware-Phelan, a rèir coltais mar thoradh air an atharrachadh nas lugha ann am fad ceangail. Tha luchd-saidheans den bheachd gur dòcha gur e eadar-dhealachaidhean ann am faid bannan am prìomh adhbhar carson san t-siostam aca, i.e. ann an foam Ware-Phelan, tha PBG nas lugha na ann an daoimean (31.6%) no ann an siostam Laves (28.3%).
Is e taobh a cheart cho cudromach ann am photonics an isotropic de PBG, a leigeas le bhith a’ cruthachadh tonnan de chumadh neo-riaghailteach. Tha quasicrystals photonic, a bharrachd air lìonraidhean photonic amorphous, nas isotropic na criostalan photonic clasaigeach.
Tha ìre àrd de isotropic aig an structar foam-photonic a tha fo sgrùdadh. Gu h-ìosal tha am foirmle airson co-èifeachd anisotropy a dhearbhadh (ie, an ìre eadar-dhealachaidh ann am feartan àrainneachd sònraichte) PBG (А):
A: = (√ Var[ωHDB]+ Var[ωLAB]) / ωm
Chaidh a lorg gu robh an anisotropy as ìsle (15%) aig foam C1.0, agus an uairsin foam Weir-Phelan (1.2%). Mar thoradh air an sin, tha na structaran sin gu math isotropic.
Ach tha structar Kelvin a’ nochdadh co-èifeachd anisotropy de 3.5%, a tha gu math faisg air an t-siostam Laves (3.4%) agus daoimean (4.2%). Ach, chan e eadhon na comharran sin an fheadhainn as miosa, oir tha siostaman ciùbach sìmplidh ann cuideachd le co-èifeachd anisotropy de 8.8% agus lìonraidhean daoimean sia-thaobhach le 9.7%.
Ann an cleachdadh, nuair a tha feum air an luach PBG as àirde a choileanadh, uaireannan feumar cuid de pharamadairean fiosaigeach an structair atharrachadh. Anns a 'chùis seo, is e am paramadair seo radius nan spherocylinders. Rinn an luchd-saidheans àireamhachadh matamataigeach anns an do cho-dhùin iad an dàimh eadar beàrn a’ chòmhlan photonic agus a leud mar ghnìomh ɛ. Airson gach luach a fhuaireadh, chaidh an radius a mheudachadh gus ∆ a mheudachadhω/m.
Ìomhaigh Àireamh 3: coimeas eadar ∆ω/ωm de na lìonraidhean foam a chaidh a sgrùdadh (C15, Kelvin, Weir-Phelan) agus structaran eile (daoimean, daoimean sia-thaobhach, Laves, SC - ciùbach cunbhalach).
Bidh foam Weir-Phelan a’ cumail suas meudan PBG iomchaidh de 8% suas gu iomsgaradh dielectric ɛ≈9, agus chaidh an radius àrdachadh gus luach PBG as àirde de 15%. Bidh PBGn a’ dol à sealladh nuair a ɛ <6.5. Mar a bhiodh dùil, tha an structar daoimean aig a bheil am PBG as motha am measg gach structar a chaidh a sgrùdadh.
Airson eòlas nas mionaidiche air nuances an sgrùdaidh, tha mi a’ moladh coimhead air и dha.
Epilogue
Is e am prìomh adhbhar airson an sgrùdadh seo a dhèanamh am miann a’ cheist a fhreagairt an urrainn do lìonraidhean foam PBG làn-chuimseach a nochdadh. Tha tionndadh oirean structaran foam tioram gu lìonraidhean photonic air sealltainn gun urrainn dhaibh.
Aig an àm seo, chan eil foam na structar air a sgrùdadh gu sònraichte. Gu dearbh, tha sgrùdaidhean ann a tha a 'toirt deagh thoraidhean a thaobh lìonraidhean amorphous, ach chaidh an dèanamh air rudan glè bheag. Chan eil e soilleir ciamar a ghiùlaineas an siostam mar a bhios na tomhasan aige ag àrdachadh.
A rèir ùghdaran an sgrùdaidh, tha an obair aca a’ fosgladh mòran chothroman airson innleachdan san àm ri teachd. Tha foam gu math cumanta ann an nàdar agus furasta a dhèanamh, a 'dèanamh an structair seo gu math tarraingeach airson tagraidhean practaigeach.
Bidh luchd-saidheans ag ainmeachadh an eadar-lìn mar aon de na tagraidhean as adhartaiche san rannsachadh aca. Mar a tha an luchd-rannsachaidh fhèin ag ràdh, chan e rud ùr a th’ ann a bhith a’ sgaoileadh dàta thairis air snàithleach optigeach, ach tha solas fhathast air a thionndadh gu dealan aig a cheann-uidhe. Faodaidh stuthan bandgap photonic solas a stiùireadh mòran nas mionaidiche na càbaill àbhaisteach fibre optic agus faodaidh iad a bhith nan transistors optigeach a bhios a’ dèanamh àireamhachadh a’ cleachdadh solas.
Ge bith dè cho mòr sa tha na planaichean, tha tòrr obair ri dhèanamh fhathast. Ach, chan urrainn dha iom-fhillteachd rannsachadh no iom-fhillteachd buileachadh dheuchainnean faighinn thairis air dealas luchd-saidheans agus am miann airson saoghal teicneòlais a leasachadh.
Tapadh leibh airson a bhith a’ coimhead, fuirich fiosrach agus bi deireadh-seachdain sgoinneil a h-uile duine! 🙂
Tapadh leibh airson fuireach còmhla rinn. An toil leat na h-artaigilean againn? A bheil thu airson susbaint nas inntinniche fhaicinn? Thoir taic dhuinn le bhith a’ cur òrdugh no a’ moladh do charaidean, , Lasachadh de 30% airson luchd-cleachdaidh Habr air analog sònraichte de luchd-frithealaidh ìre inntrigidh, a chaidh a chruthachadh leinn dhut: (ri fhaighinn le RAID1 agus RAID10, suas ri 24 cores agus suas ri 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 uair nas saoire? A-mhàin an seo anns an Òlaind! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - bho $99! Leugh mu dheidhinn
Source: www.habr.com