Di sala 1887-an de, fîzîknasê Skotlandî William Thomson modela xwe ya geometrîkî ya strukturên etherê, ku tê texmîn kirin navgînek tevdegirtî bû, pêşniyar kir, lerizînên wê wekî pêlên elektromagnetîk, tevî ronahiyê, xwe ji me re diyar dikin. Tevî têkçûna tevahî teoriya etherê, modela geometrîk hebûna xwe domand, û di 1993 de, Denis Ware û Robert Phelan modelek pêşkeftî ya avahiyek ku bikaribe bi qasî ku gengaz cîhê tije bike pêşniyar kirin. Ji hingê ve, ev model bi piranî ji matematîkzan an hunermendan re eleqedar e, lê lêkolînên vê dawîyê destnîşan kirin ku ew dikare bingeha teknolojiyên pêşerojê ku li şûna elektrîkê ronahiyê bikar tînin pêk bîne. Kefa Ware-Phelan çi ye, çi wê neasayî dike, û meriv çawa dikare bikar bîne da ku ronahiyê bigire? Em ê bersiva van û pirsên din di rapora koma lêkolînê de bibînin. Ajotin.
Bingeha lêkolînê
Bi rastî sed sal berê di civaka zanistî de li ser mijarek diyarkirî ya her tiştê li derdorê teoriyek pir balkêş hebû. Armanca vê teoriyê ravekirina xwezaya pêlên elektromagnetîk bû. Dihate bawerkirin ku eter dora her tiştî digire û çavkaniya van pêlan e. Vedîtinên zanistî yên ku li dû teoriya etherê bi tevahî wêran kirin.
William Thomson
Lêbelê, di sala 1887-an de, dema ku teoriya ether tije hêz û populer bû, gelek zanyar ramanên xwe diyar kirin ka bi rastî ether çawa dikare hemî cîhê tije bike. William Thomson, ku wekî Lord Kelvin jî tê zanîn, ne îstîsna bû. Ew li avahiyek ku cîhê bi rengek bêkêmasî tije bike digeriya da ku deverên vala nemînin. Vê lêgerînê paşê pirsgirêka Kelvin hate gotin.
Mînakek bingehîn: qutiyek ku tê de tenekeyên kola tê de bifikire. Di navbera wan de, ji ber şiklê silindirîkî, valahiyan çêdibin, yanî. cîhê ku nayê bikar anîn.
Thomson, ji bilî ku bawer kir ku Erd ji 40 mîlyon salî ne, avahiyek nû ya geometrîkî pêşniyar kir, ku ji hêla Denis Ware û Robert Phelan ve hate pêşve xistin, di encamê de ew bi navê wan hate binavkirin.
Struktura Ware-Phelan li ser bingehek hingiv e ku cîhê bi polyhedra veqetandî tije dike, cihê vala nahêle. Hingiv, ku em bi gelemperî bi saya hingiv wek şeşgoşe dihesibînin, rastî gelek şeklên cihê tê. Kubik, octahedral, tetrahedral, rombic dodecahedral, etc.
Avakirina Ware-Phelan
Tişta neasayî di derbarê hingivên Ware-Phelan de ev e ku ew ji şekl û hêmanên geometrîkî yên cihêreng pêk tên. Di bingehê xwe de, ew kefek îdeal a kulîlkên wekhev-pîvan e.
Bav û kalê vê kefiyê yê ku ji hêla Lord Kelvin ve hatî pêşniyar kirin, ji me re naskirî bû. Lêbelê, guhertoya wî ji hingivên kub ên kurtkirî pêk dihat. Struktura Kelvin hingivek yekreng a hingiv bû ku ji hêla octahedronek qutkirî ve hatî çêkirin, ku pirhedronek çar rûyî, tijî cîh (tetradecahedron) e, bi 6 rûyên çargoşe û 8 rûyên hex.
Vê vebijarkê ji bo dagirtina cîhê herî zêde hema hema sed sal îdeal hate hesibandin, heya ku Ware û Phelan di sala 1993-an de avahiya xwe vekir.
Pentagondodecahedron û dekahedron
Cûdahiya sereke di navbera hingiv a Ware-Phelan û pêşiyê wê de karanîna du celeb hêmanên pêkhatî ye, ku, lêbelê, heman hejmûnê ne: pentagondodecahedron (dodekahedronek bi hevrehiya tetrahedral) û XNUMXhedron bi hevrêziya zivirî.
Di xebata ku em îro li ber çavan digirin de, zanyarên Zanîngeha Princeton biryar dan ku kefa Ware-Phelan di fotonîkê de bikar bînin. Pêşîn, pêdivî bû ku meriv fêr bibe ka kefên weha xwedan valahiyên band fotonîkî (PBG) ne, yên ku belavbûna ronahiyê di her alî de û ji bo hemî polarîzasyonan li ser pirfirehiya frekansan asteng dikin.
Di lêkolîna xwe de, zanyaran destnîşan kirin ku torgilokek fotonîkî ya 16,9D ya ku li ser kefek Ware-Phelan-ê ye, bi rêjeyek bilind ve dibe sedema PBG-ya girîng (XNUMX%). îzotropî *, ku ji bo dorhêlên fotonîkî taybetmendiyek girîng e.
Îzotropî* - Taybetmendiyên fizîkî yên wekhev di her alî de.
Kelvin kef û kef C15 jî di warê PBG de baş derketin, lê ew di vî warî de ji avahiya Ware-Phelan kêmtir bûn.
Lêkolînên bi vî rengî berê jî hatibûn kirin, lê wan bal kişand ser kefa hişk a du-alî. Dûv re hat dîtin ku kefa hişk a amorf a du-alî tenê ji bo polarîzasyona elektrîkî ya transversal PBG nîşan dide. Pirsgirêk ev e ku di kefiya XNUMXD de du polarîzasyon hene.
Li gorî lêkolîneran, tevî dijwariyên potansiyel, kefek 30D dikare di warê fotonîkê de wekî materyalek sozdar were hesibandin. Sedemek vê yekê heye: Zagonên Plateau piştrast dikin ku qerax bi taybetî berikên tetrahedral ava dikin. Û ev ji bo torên fotonîkî plusek mezin e. Nimûneyek berbiçav a vê yekê almasek bi PBG XNUMX% e.
Kef xwedan taybetmendiya tetrahedral a koordînatên tora almasê ye, lê ji ber ku ew xwedan keviyên kelandî ye û dirêjahiya girêdanê hinekî newekhev e heye. Tenê dimîne ku meriv fêr bibe ka cûdahiyên weha çawa û çiqasî bandorê li taybetmendiyên fotonîkî dikin.
Ger roviyên kefa hişk a 17D qalindtir werin çêkirin, gengaz e ku meriv torên fotonîkî (wêneyên li jêr) biafirîne ku PBG-yên fotonîkî yên binavkirî heya XNUMX% nîşan didin, li gorî yên nimûneyên tîpîk ên krîstalên fotonîkî yên ku xwe-civandî ne.
Wêne #1: Tora kefên fotonîkî yên ku bi stûrbûna keviyên avahiya Ware-Phelan (çep), avahiya Kelvin (navend) û kefek C15 (rast) têne wergirtin.
Ji bo pêkanîna modelek wusa di pratîkê de, pêdivî ye ku kefiya hişk pêşî were krîstalîzekirin û dûv re bi materyalek dîelektrîkî were pêçandin. Bi xwezayî, PBG ya kef dê ji ya krîstalek fotonîkî kêmtir be, lê ev dezavantaj dikare ji hêla gelek avantajan ve were derbas kirin. Pêşîn, xwe-rêxistinkirina kef dikare destûrê bide hilberîna bilez a nimûneyên mezin. Ya duyemîn, heterostrukturên kefiya fotonîkî, li ser bingeha lêkolînên berê, dibe ku xwedan cûrbecûr serlêdanan bin.
Encamên lêkolînê
Berî her tiştî, pêdivî bû ku kefek hişk were lêkolîn kirin, ku wekî kêmtirînên herêmî yên herêma navberê tê destnîşan kirin. tessellation* di bin şert û mercên qebareyê de ye, ji ber vê yekê geometriya dawî li gorî qanûnên Plateau-yê tevdigere.
Tessellation* - dabeşkirina balafirê li beşên pêkhatî yên ku bi tevahî balafirê vedigire bêyî ku valahiyan bihêle.
Ji bo çêkirina kefên Ware-Phelan, Kelvin, û C15, zanyaran bi rêzê ve ji bo krîstalên BCC, A15, an C15 dest bi teselên Voronoi yên giran kirin.
Diagrama Voronoi
Parametre bi vî rengî hatine bijartin ku hemî şaneyên veqetandinê xwedî yek deng in.
Tora ku ji keviyên kevçî yên kef û ji keviyên teseliya rast ên pêşiyên wan hatine çêkirin hatine lêkolîn kirin. Ji bo nirxandina topolojiya hemî celebên kef, statîstîkên ring*.
Statîstîkên zengilê (îstatîstîkên zengilê)*Analîzkirina taybetmendiyên topolojîk ên materyalên torê (avî, pergalên krîstalî an amorf) bi gelemperî li ser bingeha teoriya grafîkê ye ku girêkên atoman û girêdan ji bo girêdanên navatomî bikar tîne. Nebûn an hebûna pêwendiyek di navbera du girêkan de bi analîzkirina fonksiyonên belavkirina radîal a tevahî û qismî ya pergalê ve tê destnîşankirin. Di materyalê torê de, rêzek girêk û girêdanên ku di rêzê de bêyî hevûdu ve girêdayî ne, rê tê gotin. Li dû vê pênase, zengilek bi tenê rêyek girtî ye. Ger hûn bi baldarî girêkek torê ya taybetî lêkolîn bikin, hûn dikarin bibînin ku ev girêk dikare beşdarî gelek zengilan bibe. Her yek ji van xelek ji hêla pîvanên xwe ve têne destnîşan kirin û li ser bingeha têkiliyên di navbera girêk û girêdanên ku wê pêk tînin de têne dabeş kirin.
Yekem awayê danasîna zengilê ji hêla Shirley W. King ve hate dayîn. Ji bo lêkolîna girêdana SiO2 ya cam, ew zengilek wekî riya herî kurt a di navbera her du cîranên herî nêzîk ên girêkek diyarkirî de destnîşan dike.
Di mijara lêkolîna ku li ber çavan tê girtin de, di şaneyek yekîneyê de jimara zengilên herî kurt ên her vertexê hatin kirin.
Yek hucreyek di modela Kelvin de 2 çargoşe û 4 heksagon li her vertex heye, lê kefek TCP (tetrahedrally nzk vegirtî) tenê rûyên pentagonal û hexagonal hene (navînî: 5.2 û 0.78 di kefiya Ware-Phelan de; 5.3 û 0.71 di kefiya C15 de). Tesselasyonên Voronoi A15 û C15 strukturên TCP-ê ne ku bi hejmara herî mezin û piçûktir in (f) her 1 şaneyê. Bi vî rengî, avahiya Ware-Phelan xwedan hejmara herî mezin a rûyan e (f = 13 + 1/2), û C15 hejmara herî piçûk a rûyan e (f = 13 + 1/3).
Piştî ku amadekariya xwe ya teorîkî qedandin, zanyar dest bi modela torgilokek fotonîkî kirin ku li ser bingeha kefên hişk, yanî. tora kef-photon. Hat dîtin ku di nirxek PBG ya% 20 de performansa pergalê herî zêde ye, lê di% 15 de kefiya Ware-Phelan ne aram dibe. Ji ber vê sedemê, zanyar li ser kefek şil, ku sînorên Deştê xwedan perçeyên trikuspidî ne, hesab nekirine. Di şûna wê de, balê dikişîne ser strukturên kefên hişk, ku zanyar dikarin hêdî hêdî qelewbûna rikan zêde bikin.
Digel vê yekê, her keviyek eksê navîn ê spherocylinder (kapsûlê) ye, ku li wir radius pîvanek guheztinê ye.
Lekolînwan bi bîr tînin ku şebekeyên bi vî rengî kef bi wateya wêjeyî ne kef in, lê ji bo sadebûnê di raporta xwe de ew ê wekî "kef" an "tora kef" werin binav kirin.
Di dema simulasyonê de, parametre hate hesibandin ɛ (berevajiyê dîelektrîkê) - rêjeya berdewamên dielektrîkê yên materyalên bi nirxên îzolekirinê yên bilind û nizm. Berevajîya dielektrîkê di navbera 13 û 1-ê de tête hesibandin, ku bi gelemperî di wêjeyê de wekî standardek tête bikar anîn dema ku performansa sêwiranên cûda yên materyalê fotonîkî berhev dike.
Ji bo her torê, tîrêjê keviyan (spherocylinders) ji bo rêjeya herî zêde ya valahiya bandê û navîna wê xweştir e: ∆ω/ωm, ku ∆ω firehiya banda frekansê ye, û ωm - frekansa di nav deverê de.
Wêne #2: Avahiya zonalê fotonîkî ya kefiya Ware-Phelan (sor), kefa Kelvin (şîn), û kefek C15 (kesk).
Dûv re, mezinahiyên PBG hatin pîvandin û hate dîtin ku ev in: 7.7% ji bo kefiya Kelvin, 13.0% ji bo kefiya C15 û% 16.9 ji bo kefiya Ware-Phelan. Kêmkirina herêmê mezinahiya PBG% 0.7%, 0.3 an 1.3% zêde dike.
Wekî ku ji analîzê diyar bû, torgilokên TCP-ê ji torên Kelvin pir mezintir PBG hene. Ji du torên TCP-ê, kefek Ware-Phelan xwedan mezinahiya bandgapê ya herî mezin e, ku tê texmîn kirin ku ji ber guheztina piçûktir a dirêjahiya girêdanê ye. Zanyar bawer dikin ku cûdahiyên di dirêjahiya girêdanê de dibe ku sedema sereke be ku di pergala wan de, i.e. di kefa Ware-Phelan de, PBG ji almas (31.6%) an di pergala Laves (% 28.3) kêmtir e.
Di fotonîkê de hêmanek bi heman rengî girîng îzotropiya PBG ye, ku destûrê dide afirandina rêgezên pêlan ên bi rengek kêfî. Qasî krîstalên fotonîk, û her weha toreyên fotonîkî yên amorf, ji krîstalên fotonîkî yên klasîk îzotropîktir in.
Struktura kef-fotonîk a di binê lêkolînê de di heman demê de xwedan astek bilind a îsotropî ye. Li jêr formula ji bo destnîşankirina hevbera anîsotropiyê (ango, asta cûdahiya taybetmendiyên hawîrdorek diyarkirî) PBG (А):
A: = (√Var[ωHDB]+Var[ωLAB]) / ωm
Kefa C15 hat dîtin ku xwedan anizotropiya herî kêm (1.0%), li dû wê kefek Weir-Phelan (1.2%). Ji ber vê yekê, van avahiyan pir îzotropîk in.
Lê strukturê Kelvin rêjeyek anîsotropî ya 3.5% nîşan dide, ku pir nêzîkê pergala Laves (3.4%) û almas (4.2%) ye. Lêbelê, tewra ev nîşanker ne ya herî xirab in jî, ji ber ku pergalên kubar ên hêsan ên bi rêjeya anîsotropî ya 8.8% û torên elmasê hexagonal bi 9.7% jî hene.
Di pratîkê de, gava ku pêdivî ye ku meriv nirxa PBG ya herî zêde bigihîje, carinan hewce ye ku hin pîvanên laşî yên strukturê biguhezînin. Di vê rewşê de, ev parametre radiusa spherocylinders e. Zanyaran hesabên matematîkî pêk anîn ku tê de wan têkiliya di navbera valahiya banda fotonîkî û firehiya wê de wekî fonksiyon diyar kirin. ɛ. Ji bo her nirxek wergirtî, tîrêjê ji bo zêdekirina Δ hate xweşbîn kirinω/ωm.
Wêneya No. 3: berhevdana ∆ω/ωm ya torên kefiyê yên lêkolînkirî (C15, Kelvin, Weir-Phelan) û strukturên din (almas, almasa hexagonal, Laves, SC - kûba birêkûpêk).
Kefa Weir-Phelan mezinahiyên PBG yên pejirandî yên 8% heya berevajiya dielektrîkê diparêze ɛ≈9, û tîrêj hate zêdekirin da ku bigihîje nirxek PBG ya herî zêde 15%. PBG dema ku winda dibin ɛ < 6.5. Wekî ku tê hêvîkirin, avahiya elmasê di nav hemî strukturên lêkolînkirî de xwedan PBG-ya herî mezin e.
Ji bo têgihîştina hûrgulî ya hûrgelên lêkolînê, ez pêşniyar dikim ku li ser çavan bigerim и ji wî re.
Încîlê
Motivasyona sereke ya pêkanîna vê lêkolînê ev e ku meriv bersivê bide pirsa gelo torên kef dikarin PBG-ya tam nîşan bidin. Veguheztina keviyên strukturên kefên hişk di torên fotonîkî de destnîşan kir ku ew dikarin.
Heya nuha, kef ne avahiyek taybetî ye ku hatî lêkolîn kirin. Bê guman, lêkolîn hene ku di warê torên amorf de encamên baş didin, lê ew li ser tiştên pir piçûk hatine kirin. Pergal dê çawa tevbigere her ku pîvanên wê zêde dibin ne diyar e.
Li gorî nivîskarên lêkolînê, xebata wan ji bo îcadên pêşerojê gelek derfetan vedike. Kef di xwezayê de pir gelemperî ye û çêkirina wê hêsan e, ev avahî ji bo sepanên pratîkî pir balkêş dike.
Zanyar Înternetê wekî yek ji sepanên herî azwerî yên lêkolîna xwe bi nav dikin. Wekî ku lêkolîner bixwe jî dibêjin, veguheztina daneyan li ser fibera optîkî ne nû ye, lê ronî dîsa jî li cihê xwe vediguhere elektrîkê. Materyalên bandgapê yên fotonîkî dikarin ronahiyê ji kabloyên fiber optîk ên kevneşopî pir rasttir rêve bikin û dikarin wekî transîstorên optîkî yên ku bi karanîna ronahiyê hesaban pêk tînin xizmet bikin.
Plan çi qas mezin bin jî, hê gelek xebat hene ku bêne kirin. Lêbelê, ne tevliheviya lêkolînê û ne jî tevliheviya pêkanîna ceribandinan nikare dilşadiya zanyaran û daxwaza wan a ji bo baştirkirina cîhana teknolojiyê têk bibe.
Spas ji bo xwendinê, meraq bimînin û hefteyek xweş hebe heval! 🙂
Spas ji bo ku hûn bi me re bimînin. Ma hûn ji gotarên me hez dikin? Ma hûn dixwazin naveroka balkêştir bibînin? Piştgiriya me bikin bi danîna fermanek an pêşniyarkirina hevalan, , 30% erzanî ji bo bikarhênerên Habr li ser analogek bêhempa ya pêşkêşkerên asta têketinê, ku ji hêla me ve ji bo we hatî vedîtin: (bi RAID1 û RAID10, heta 24 core û heya 40 GB DDR4 peyda dibe).
Dell R730xd 2 car erzantir? Tenê li vir li Hollanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ji $99! Li ser bixwînin
Source: www.habr.com