ວິທີການຈັບແສງດ້ວຍໂຟມ: ເຄືອຂ່າຍໂຟມໂຟມ

ກັບຄືນໄປໃນປີ 1887, ນັກຟິສິກ Scottish William Thomson ໄດ້ສະເຫນີຮູບແບບເລຂາຄະນິດຂອງລາວກ່ຽວກັບໂຄງສ້າງຂອງອີເທີ, ເຊິ່ງຄາດວ່າຈະເປັນຕົວກາງທີ່ແຜ່ລາມ, ການສັ່ນສະເທືອນທີ່ສະແດງອອກໃຫ້ພວກເຮົາເຫັນເປັນຄື້ນແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ, ລວມທັງແສງສະຫວ່າງ. ເຖິງວ່າຈະມີຄວາມລົ້ມເຫຼວຂອງທິດສະດີ ether ຢ່າງສົມບູນ, ຮູບແບບເລຂາຄະນິດຍັງສືບຕໍ່ມີຢູ່, ແລະໃນປີ 1993, Denis Ware ແລະ Robert Phelan ໄດ້ສະເຫນີຮູບແບບທີ່ກ້າວຫນ້າທາງດ້ານໂຄງສ້າງທີ່ສາມາດຕື່ມພື້ນທີ່ໄດ້ຫຼາຍເທົ່າທີ່ເປັນໄປໄດ້. ຕັ້ງແຕ່ນັ້ນມາ, ຮູບແບບນີ້ໄດ້ຮັບຄວາມສົນໃຈສ່ວນໃຫຍ່ສໍາລັບນັກຄະນິດສາດຫຼືນັກສິລະປິນ, ແຕ່ການຄົ້ນຄວ້າທີ່ຜ່ານມາໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າມັນສາມາດເປັນພື້ນຖານຂອງເຕັກໂນໂລຢີໃນອະນາຄົດທີ່ໃຊ້ແສງສະຫວ່າງແທນໄຟຟ້າ. ໂຟມ Ware-Phelan ແມ່ນຫຍັງ, ແມ່ນຫຍັງທີ່ເຮັດໃຫ້ມັນຜິດປົກກະຕິ, ແລະມັນໃຊ້ເພື່ອຈັບແສງໄດ້ແນວໃດ? ພວກເຮົາຈະຊອກຫາຄໍາຕອບສໍາລັບຄໍາຖາມເຫຼົ່ານີ້ແລະຄໍາຖາມອື່ນໆໃນບົດລາຍງານຂອງກຸ່ມຄົ້ນຄ້ວາ. ໄປ.

ພື້ນຖານການຄົ້ນຄວ້າ

ແທ້ຈິງແລ້ວຮ້ອຍປີກ່ອນໃນຊຸມຊົນວິທະຍາສາດມີທິດສະດີທີ່ຫນ້າສົນໃຈຫຼາຍກ່ຽວກັບເລື່ອງທີ່ແນ່ນອນຂອງທຸກສິ່ງທຸກຢ່າງທີ່ຢູ່ອ້ອມຂ້າງ. ທິດສະດີນີ້ມີຈຸດປະສົງເພື່ອອະທິບາຍລັກສະນະຂອງຄື້ນແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ. ມັນໄດ້ຖືກເຊື່ອວ່າ ether ອ້ອມຮອບທຸກສິ່ງທຸກຢ່າງແລະເປັນແຫຼ່ງຂອງຄື້ນຟອງເຫຼົ່ານີ້. ການຄົ້ນພົບທາງວິທະຍາສາດທີ່ປະຕິບັດຕາມທິດສະດີ ether ໄດ້ທໍາລາຍມັນຢ່າງສົມບູນ.

ວິນລຽມ ທອມສັນ

ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນປີ 1887, ໃນເວລາທີ່ທິດສະດີຂອງ ether ເຕັມໄປດ້ວຍຄວາມເຂັ້ມແຂງແລະຄວາມນິຍົມ, ນັກວິທະຍາສາດຈໍານວນຫຼາຍໄດ້ສະແດງແນວຄວາມຄິດຂອງເຂົາເຈົ້າກ່ຽວກັບວິທີທີ່ ether ສາມາດຕື່ມຂໍ້ມູນໃສ່ພື້ນທີ່ທັງຫມົດ. William Thomson, ຊຶ່ງເອີ້ນກັນວ່າ Lord Kelvin, ບໍ່ມີຂໍ້ຍົກເວັ້ນ. ລາວກໍາລັງຊອກຫາໂຄງສ້າງທີ່ຈະຕື່ມຂໍ້ມູນໃສ່ພື້ນທີ່ຢ່າງສົມບູນເພື່ອບໍ່ໃຫ້ມີພື້ນທີ່ຫວ່າງເປົ່າ. ການຄົ້ນຫານີ້ຕໍ່ມາເອີ້ນວ່າບັນຫາ Kelvin.

ຕົວຢ່າງເບື້ອງຕົ້ນ: ຈິນຕະນາການກ່ອງທີ່ມີກະປ໋ອງຂອງໂຄລາ. ລະຫວ່າງພວກເຂົາ, ເນື່ອງຈາກຮູບຊົງກະບອກ, voids ເກີດຂື້ນ, i.e. ພື້ນທີ່ບໍ່ໄດ້ໃຊ້.

Thomson, ນອກເຫນືອຈາກການເຊື່ອວ່າໂລກມີອາຍຸບໍ່ເກີນ 40 ລ້ານປີ, ໄດ້ສະເຫນີໂຄງສ້າງເລຂາຄະນິດໃຫມ່, ເຊິ່ງໄດ້ຖືກປັບປຸງໂດຍ Denis Ware ແລະ Robert Phelan, ເປັນຜົນມາຈາກການຕັ້ງຊື່ຕາມພວກມັນ.

ໂຄງປະກອບການ Ware-Phelan ແມ່ນອີງໃສ່ Honeycomb ທີ່ຕື່ມຂໍ້ມູນໃສ່ຊ່ອງຫວ່າງທີ່ມີ polyhedra, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ບໍ່ມີບ່ອນຫວ່າງ. Honeycomb, ທີ່ປົກກະຕິແລ້ວພວກເຮົາຄິດວ່າເປັນ hexagons ຍ້ອນ Honeycomb, ຕົວຈິງແລ້ວມີຢູ່ໃນຫຼາຍຮູບຮ່າງທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ມີ cubic, octahedral, tetrahedral, rhombic dodecahedral, ແລະອື່ນໆ.

ໂຄງສ້າງ Ware-Phelan

ສິ່ງທີ່ຜິດປົກກະຕິກ່ຽວກັບ Honeycombs Ware-Pelan ແມ່ນວ່າພວກມັນປະກອບດ້ວຍຮູບຮ່າງແລະອົງປະກອບທາງເລຂາຄະນິດທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ຢູ່ໃນຫຼັກຂອງມັນ, ມັນແມ່ນໂຟມທີ່ເຫມາະສົມຂອງຟອງຂະຫນາດເທົ່າທຽມກັນ.

ບັນພະບຸລຸດຂອງໂຟມນີ້ແມ່ນຜູ້ທີ່ສະເຫນີໂດຍ Lord Kelvin, ຄຸ້ນເຄີຍກັບພວກເຮົາແລ້ວ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ສະບັບຂອງລາວປະກອບດ້ວຍ honeycombs cubic ສັ້ນ. ໂຄງປະກອບການ Kelvin ແມ່ນ Honeycomb ເອກະພາບ convex ສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໂດຍ octahedron ຫຍໍ້, ຊຶ່ງເປັນສີ່ໃບຫນ້າ, polyhedron ຕື່ມຊ່ອງ (tetradecahedron), ມີ 6 ໃບຫນ້າຮຽບຮ້ອຍແລະ 8 hex faces.

ທາງເລືອກນີ້ສໍາລັບການຂະຫຍາຍພື້ນທີ່ສູງສຸດແມ່ນຖືວ່າເປັນທີ່ເຫມາະສົມສໍາລັບການເກືອບຫນຶ່ງຮ້ອຍປີ, ຈົນກ່ວາ Ware ແລະ Phelan ໄດ້ເປີດໂຄງສ້າງຂອງເຂົາເຈົ້າໃນປີ 1993.

Pentagondodecahedron ແລະ decahedron

ຄວາມແຕກຕ່າງທີ່ ສຳ ຄັນລະຫວ່າງ Honeycomb Ware-Phelan ແລະລຸ້ນກ່ອນແມ່ນການໃຊ້ສອງປະເພດຂອງອົງປະກອບຂອງອົງປະກອບ, ເຊິ່ງ, ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ມີປະລິມານດຽວກັນ: pentagondodecahedron (dodecahedron ທີ່ມີ symmetry tetrahedral) ແລະ 14hedron ທີ່ມີຄວາມສົມມາດການຫມຸນ.

ໃນວຽກງານທີ່ພວກເຮົາກໍາລັງພິຈາລະນາໃນມື້ນີ້, ນັກວິທະຍາສາດຈາກມະຫາວິທະຍາໄລ Princeton ໄດ້ຕັດສິນໃຈໃຊ້ໂຟມ Ware-Phelan ໃນ photonics. ທໍາອິດ, ມັນຈໍາເປັນຕ້ອງຊອກຫາວ່າໂຟມດັ່ງກ່າວມີຊ່ອງຫວ່າງຂອງແຖບ photonic (PBGs), ເຊິ່ງຂັດຂວາງການຂະຫຍາຍພັນຂອງແສງໃນທຸກທິດທາງແລະສໍາລັບ polarization ທັງຫມົດໃນໄລຍະຄວາມຖີ່ຂອງຄວາມຖີ່.

ໃນ​ການ​ສຶກ​ສາ​ຂອງ​ເຂົາ​ເຈົ້າ​, ວິ​ທະ​ຍາ​ສາດ​ໄດ້​ສະ​ແດງ​ໃຫ້​ເຫັນ​ວ່າ​ເຄືອ​ຂ່າຍ photonic 16,9D ອີງ​ໃສ່ Ware-Phelan Foam ນໍາ​ໄປ​ສູ່​ການ PBG ທີ່​ສໍາ​ຄັນ (XNUMX​%​) ທີ່​ມີ​ລະ​ດັບ​ສູງ​. isotropy*, ເຊິ່ງເປັນຊັບສິນທີ່ສໍາຄັນສໍາລັບວົງຈອນ photonic.

Isotropy* — ຄຸນ​ສົມ​ບັດ​ທາງ​ດ້ານ​ຮ່າງ​ກາຍ​ທີ່​ຄ້າຍ​ຄື​ກັນ​ໃນ​ທຸກ​ທິດ​ທາງ​.

ໂຟມ Kelvin ແລະໂຟມ C15 ຍັງປະຕິບັດໄດ້ດີໃນແງ່ຂອງ PBG, ແຕ່ພວກມັນຕໍ່າກວ່າໂຄງສ້າງ Ware-Phelan ໃນເລື່ອງນີ້.

ການສຶກສາທີ່ຄ້າຍຄືກັນໄດ້ຖືກດໍາເນີນການກ່ອນຫນ້ານີ້, ແຕ່ພວກເຂົາໄດ້ສຸມໃສ່ການໂຟມແຫ້ງສອງມິຕິ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ມັນໄດ້ຖືກພົບເຫັນວ່າໂຟມແຫ້ງ amorphous ສອງມິຕິສະແດງໃຫ້ເຫັນ PBG ພຽງແຕ່ສໍາລັບການຂົ້ວໄຟຟ້າທາງຂວາງ. ບັນຫາແມ່ນວ່າມີສອງຂົ້ວໃນໂຟມ 3D.

ເຖິງວ່າຈະມີຄວາມຫຍຸ້ງຍາກທີ່ອາດຈະເກີດຂື້ນ, ໂຟມ 30D ສາມາດຖືວ່າເປັນອຸປະກອນທີ່ໂດດເດັ່ນໃນພາກສະຫນາມຂອງ photonics, ອີງຕາມນັກຄົ້ນຄວ້າ. ມີເຫດຜົນສໍາລັບການນີ້: ກົດຫມາຍຂອງ Plateau ຮັບປະກັນວ່າແຄມຂອງປະກອບເປັນຈຸດ tetrahedral ສະເພາະ. ແລະນີ້ແມ່ນບວກໃຫຍ່ສໍາລັບເຄືອຂ່າຍ photonic. ຕົວຢ່າງທີ່ໂດດເດັ່ນຂອງນີ້ແມ່ນເພັດທີ່ມີ PBG ຂອງ XNUMX%.

ໂຟມມີຄຸນສົມບັດ tetrahedral ຂອງພິກັດເສັ້ນດ່າງເພັດ, ແຕ່ແຕກຕ່າງກັນທີ່ມັນມີຂອບໂຄ້ງແລະຄວາມຍາວຂອງພັນທະບັດທີ່ບໍ່ເທົ່າທຽມກັນເລັກນ້ອຍ. ມັນຍັງມີພຽງແຕ່ເພື່ອຊອກຫາວິທີແລະຂະຫນາດໃດຄວາມແຕກຕ່າງດັ່ງກ່າວມີຜົນກະທົບຄຸນສົມບັດ photonic.

ຖ້າ ribs ຂອງໂຟມແຫ້ງ 17D ຖືກເຮັດໃຫ້ຫນາກວ່າ, ມັນເປັນໄປໄດ້ທີ່ຈະສ້າງເຄືອຂ່າຍ photonic (ຮູບພາບຂ້າງລຸ່ມນີ້) ທີ່ສະແດງໃຫ້ເຫັນ PBGs photonic pronounced ສູງເຖິງ XNUMX%, ທຽບກັບຫຼືດີກວ່າຕົວຢ່າງປົກກະຕິຂອງໄປເຊຍກັນ photonic ປະກອບດ້ວຍຕົນເອງ.

ຮູບພາບ #1: ເຄືອຂ່າຍໂຟມໂຟມທີ່ໄດ້ຮັບຈາກການເຮັດໃຫ້ຂອບຂອງໂຄງສ້າງ Ware-Phelan ໜາ (ຊ້າຍ), ໂຄງສ້າງ Kelvin (ກາງ) ແລະໂຟມ C15 (ຂວາ).

ເພື່ອປະຕິບັດຕົວແບບດັ່ງກ່າວໃນການປະຕິບັດ, ໂຟມແຫ້ງທໍາອິດຕ້ອງໄດ້ໄປເຊຍກັນແລະຫຼັງຈາກນັ້ນເຄືອບດ້ວຍວັດສະດຸ dielectric. ຕາມທໍາມະຊາດ, PBG ຂອງໂຟມຈະຕ່ໍາກວ່າຂອງໄປເຊຍກັນ photonic, ແຕ່ຂໍ້ເສຍນີ້ສາມາດເອົາຊະນະໄດ້ໂດຍຄວາມໄດ້ປຽບຈໍານວນຫນຶ່ງ. ຫນ້າທໍາອິດ, ການຈັດຕັ້ງຕົນເອງຂອງໂຟມອາດຈະອະນຸຍາດໃຫ້ການຜະລິດຢ່າງໄວວາຂອງຕົວຢ່າງຂະຫນາດໃຫຍ່. ອັນທີສອງ, heterostructures ໂຟມ photonic, ໂດຍອີງໃສ່ການຄົ້ນຄວ້າທີ່ຜ່ານມາ, ອາດຈະມີການນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງ.

ຜົນການຄົ້ນຄວ້າ

ກ່ອນອື່ນ ໝົດ, ມັນ ຈຳ ເປັນຕ້ອງໄດ້ສຶກສາໂຟມແຫ້ງ, ເຊິ່ງຖືກ ກຳ ນົດວ່າເປັນພື້ນທີ່ສ່ວນນ້ອຍຂອງພາກພື້ນ tessellation * ຂຶ້ນກັບຂໍ້ຈຳກັດຂອງປະລິມານ, ດັ່ງນັ້ນເລຂາຄະນິດສຸດທ້າຍປະຕິບັດຕາມກົດໝາຍຂອງພູພຽງ.

Tessellation * - ແບ່ງຍົນອອກເປັນສ່ວນປະກອບທີ່ປົກຄຸມຍົນທັງໝົດໂດຍບໍ່ປ່ອຍໃຫ້ຊ່ອງຫວ່າງ.

ເພື່ອສ້າງໂຟມ Ware-Phelan, Kelvin, ແລະ C15, ນັກວິທະຍາສາດໄດ້ເລີ່ມຕົ້ນດ້ວຍນ້ໍາ Voronoi tessellations ສໍາລັບ BCC, A15, ຫຼື C15 ໄປເຊຍກັນ, ຕາມລໍາດັບ.

ແຜນວາດ Voronoi

ພາລາມິເຕີໄດ້ຖືກເລືອກໃນລັກສະນະທີ່ຈຸລັງແຍກທັງຫມົດມີປະລິມານດຽວກັນ.

ເຄືອຂ່າຍທີ່ສ້າງຂຶ້ນຈາກຂອບໂຄ້ງຂອງໂຟມແລະຈາກຂອບ tessellation ຊື່ຂອງ predecessors ຂອງເຂົາເຈົ້າໄດ້ຖືກສຶກສາ. ເພື່ອປະເມີນຜົນ topology ຂອງທຸກປະເພດຂອງໂຟມ, ສະ​ຖິ​ຕິ​ວົງ *.

ສະຖິຕິວົງແຫວນ (ສະຖິຕິວົງແຫວນ)*ການວິເຄາະລັກສະນະທາງພູມິສາດຂອງອຸປະກອນເຄືອຂ່າຍ (ລະບົບຂອງແຫຼວ, crystalline ຫຼື amorphous) ມັກຈະອີງໃສ່ທິດສະດີກາຟໂດຍໃຊ້ nodes ສໍາລັບປະລໍາມະນູແລະພັນທະບັດສໍາລັບການເຊື່ອມຕໍ່ interatomic. ການຂາດຫຼືທີ່ມີຢູ່ແລ້ວຂອງການເຊື່ອມຕໍ່ລະຫວ່າງສອງ nodes ແມ່ນຖືກກໍານົດໂດຍການວິເຄາະຫນ້າທີ່ຂອງການແຈກຢາຍ radial ເຕັມແລະບາງສ່ວນຂອງລະບົບ. ໃນອຸປະກອນເຄືອຂ່າຍ, ລໍາດັບຂອງ nodes ແລະການເຊື່ອມຕໍ່ທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ເປັນຊຸດໂດຍບໍ່ມີການທັບຊ້ອນກັນເອີ້ນວ່າເສັ້ນທາງ. ປະຕິບັດຕາມຄໍານິຍາມນີ້, ວົງແຫວນແມ່ນພຽງແຕ່ເສັ້ນທາງປິດ. ຖ້າທ່ານກວດເບິ່ງໂຫນດເຄືອຂ່າຍສະເພາະຢ່າງລະມັດລະວັງ, ທ່ານສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າ node ນີ້ສາມາດເຂົ້າຮ່ວມໃນວົງແຫວນຈໍານວນຫລາຍ. ແຕ່ລະວົງແຫວນເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນມີລັກສະນະຂອງຂະຫນາດຂອງຕົນເອງແລະສາມາດຈັດປະເພດໂດຍອີງໃສ່ຄວາມສໍາພັນລະຫວ່າງ nodes ແລະການເຊື່ອມຕໍ່ທີ່ເຮັດໃຫ້ມັນຂຶ້ນ.

ວິທີທໍາອິດທີ່ຈະກໍານົດແຫວນແມ່ນໃຫ້ໂດຍ Shirley W. King. ເພື່ອສຶກສາການເຊື່ອມຕໍ່ຂອງແກ້ວ SiO2, ນາງກໍານົດວົງແຫວນເປັນເສັ້ນທາງທີ່ສັ້ນທີ່ສຸດລະຫວ່າງສອງປະເທດເພື່ອນບ້ານທີ່ໃກ້ທີ່ສຸດຂອງຂໍ້ທີ່ໃຫ້.

ໃນ​ກໍ​ລະ​ນີ​ຂອງ​ການ​ສຶກ​ສາ​ພາຍ​ໃຕ້​ການ​ພິ​ຈາ​ລະ​ນາ​, ການ​ຄິດ​ໄລ່​ແມ່ນ​ເຮັດ​ໃຫ້​ມີ​ຈໍາ​ນວນ​ຂອງ​ວົງ​ສັ້ນ​ທີ່​ສຸດ​ຕໍ່ vertex ໃນ​ຫ້ອງ​ຫນ່ວຍ​ຫນຶ່ງ​.

ເຊລດຽວໃນຕົວແບບ Kelvin ມີ 2 ສີ່ຫຼ່ຽມມົນ ແລະ 4 ຫົກຫຼ່ຽມຕໍ່ຍອດ, ແຕ່ໂຟມ TCP (tetrahedrally close-packed) ມີພຽງແຕ່ໃບໜ້າ pentagonal ແລະ hexagonal (ຄ່າສະເລ່ຍ: 5.2 ແລະ 0.78 ໃນໂຟມ Ware-Phelan; 5.3 ແລະ 0.71 ໃນໂຟມ C15). Voronoi tessellations A15 ແລະ C15 ແມ່ນໂຄງສ້າງ TCP ທີ່ມີຈໍານວນຂອບທີ່ໃຫຍ່ທີ່ສຸດແລະນ້ອຍທີ່ສຸດ (f) ຕໍ່ 1 ເຊລ. ດັ່ງນັ້ນ, ໂຄງສ້າງ Ware-Phelan ມີຈໍານວນໃບຫນ້າທີ່ໃຫຍ່ທີ່ສຸດ (f = 13 + 1/2), ແລະ C15 ແມ່ນຕົວເລກນ້ອຍທີ່ສຸດຂອງໃບຫນ້າ (f = 13 + 1/3).

ຫຼັງຈາກສໍາເລັດການກະກຽມທິດສະດີຂອງເຂົາເຈົ້າ, ນັກວິທະຍາສາດໄດ້ເລີ່ມຕົ້ນສ້າງແບບຈໍາລອງເຄືອຂ່າຍ photonic ໂດຍອີງໃສ່ ribs ໂຟມແຫ້ງ, i.e. ເຄືອຂ່າຍໂຟມ-photon. ມັນໄດ້ຖືກພົບເຫັນວ່າຢູ່ໃນມູນຄ່າ PBG ຂອງ 20% ການປະຕິບັດລະບົບແມ່ນສູງສຸດ, ແຕ່ຢູ່ທີ່ 15% ໂຟມ Ware-Phelan ກາຍເປັນບໍ່ຫມັ້ນຄົງ. ສໍາລັບເຫດຜົນນີ້, ນັກວິທະຍາສາດບໍ່ໄດ້ພິຈາລະນາໂຟມປຽກ, ບ່ອນທີ່ເຂດແດນຂອງພູມີພາກຕັດ tricuspid. ແທນທີ່ຈະ, ຈຸດສຸມແມ່ນກ່ຽວກັບໂຄງສ້າງໂຟມແຫ້ງ, ບ່ອນທີ່ນັກວິທະຍາສາດສາມາດຄ່ອຍໆເພີ່ມຄວາມຫນາຂອງກະດູກຂ້າງ.

ນອກຈາກນັ້ນ, ແຕ່ລະຂອບແມ່ນແກນ medial ຂອງ spherocylinder (ແຄບຊູນ), ບ່ອນທີ່ radius ເປັນຕົວກໍານົດການປັບ.

ນັກຄົ້ນຄວ້າເຕືອນພວກເຮົາວ່າເຄືອຂ່າຍໂຟມດັ່ງກ່າວບໍ່ແມ່ນໂຟມໃນຄວາມຫມາຍທີ່ຮູ້ຫນັງສື, ແຕ່ສໍາລັບຄວາມງ່າຍດາຍໃນບົດລາຍງານຂອງພວກເຂົາພວກເຂົາຈະຖືກກ່າວເຖິງວ່າ "ໂຟມ" ຫຼື "ເຄືອຂ່າຍໂຟມ."

ໃນລະຫວ່າງການຈໍາລອງ, ພາລາມິເຕີໄດ້ຖືກພິຈາລະນາ ɛ (dielectric contrast) - ອັດຕາສ່ວນຂອງຄົງທີ່ dielectric ຂອງວັດສະດຸທີ່ມີຄ່າ insulation ສູງແລະຕ່ໍາ. ກົງກັນຂ້າມ dielectric ແມ່ນສົມມຸດວ່າຢູ່ລະຫວ່າງ 13 ແລະ 1, ເຊິ່ງຖືກນໍາໃຊ້ທົ່ວໄປໃນວັນນະຄະດີເປັນມາດຕະຖານເມື່ອປຽບທຽບການປະຕິບັດຂອງການອອກແບບວັດສະດຸ photonic ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.

ສໍາລັບແຕ່ລະເຄືອຂ່າຍ, ລັດສະໝີຂອງຂອບ (spherocylinders) ຖືກປັບໃຫ້ເໝາະສົມສໍາລັບອັດຕາສ່ວນສູງສຸດຂອງຊ່ອງຫວ່າງແຖບ ແລະກາງຂອງມັນ: ∆ω/ωm, ບ່ອນທີ່∆ω ແມ່ນຄວາມກວ້າງຂອງແຖບຄວາມຖີ່, ແລະ ωm - ຄວາມ​ຖີ່​ໃນ​ເຂດ​.

ຮູບພາບ #2: ໂຄງສ້າງເຂດ photonic ຂອງໂຟມ Ware-Phelan (ສີແດງ), ໂຟມ Kelvin (ສີຟ້າ), ແລະໂຟມ C15 (ສີຂຽວ).

ຕໍ່ໄປ, ຂະຫນາດ PBG ໄດ້ຖືກວັດແທກແລະພົບວ່າ: 7.7% ສໍາລັບໂຟມ Kelvin, 13.0% ສໍາລັບໂຟມ C15 ແລະ 16.9% ສໍາລັບໂຟມ Ware-Phelan. ການຫຼຸດຜ່ອນພື້ນທີ່ເຮັດໃຫ້ຂະຫນາດ PBG ເພີ່ມຂຶ້ນ 0.7%, 0.3 ຫຼື 1.3%.

ຍ້ອນວ່າມັນເຫັນໄດ້ຊັດເຈນຈາກການວິເຄາະ, ເຄືອຂ່າຍ TCP ມີຂະຫນາດ PBG ທີ່ໃຫຍ່ກວ່າເຄືອຂ່າຍ Kelvin. ໃນສອງເຄືອຂ່າຍ TCP, ໂຟມ Ware-Phelan ມີຂະຫນາດ bandgap ທີ່ໃຫຍ່ທີ່ສຸດ, ເຊິ່ງອາດຈະເປັນຍ້ອນການປ່ຽນແປງຂອງຄວາມຍາວຂອງການເຊື່ອມຕໍ່ທີ່ນ້ອຍກວ່າ. ນັກວິທະຍາສາດເຊື່ອວ່າຄວາມແຕກຕ່າງຂອງຄວາມຍາວພັນທະບັດອາດຈະເປັນເຫດຜົນຕົ້ນຕໍວ່າເປັນຫຍັງໃນລະບົບຂອງພວກເຂົາ, i.e. ໃນໂຟມ Ware-Phelan, PBG ແມ່ນຫນ້ອຍກວ່າເພັດ (31.6%) ຫຼືໃນລະບົບ Laves (28.3%).

ລັກສະນະທີ່ສໍາຄັນເທົ່າທຽມກັນໃນ photonics ແມ່ນ isotropy ຂອງ PBG, ເຊິ່ງອະນຸຍາດໃຫ້ສ້າງ waveguides ຂອງຮູບຮ່າງທີ່ມັກ. Photonic quasicrystals, ເຊັ່ນດຽວກັນກັບເຄືອຂ່າຍ photonic amorphous, ແມ່ນ isotropic ຫຼາຍກ່ວາໄປເຊຍກັນ photonic ຄລາສສິກ.

ໂຄງປະກອບການໂຟມ-photonic ພາຍໃຕ້ການສຶກສາຍັງມີລະດັບສູງຂອງ isotropy. ຂ້າງລຸ່ມນີ້ແມ່ນສູດສໍາລັບການກໍານົດຄ່າສໍາປະສິດ anisotropy (i.e., ລະດັບຄວາມແຕກຕ່າງກັນໃນຄຸນສົມບັດຂອງສະພາບແວດລ້ອມສະເພາະໃດຫນຶ່ງ) PBG (.А):

A: = (√Var[ωHDB]+Var[ωLAB]) / ωm

ໂຟມ C15 ໄດ້ຖືກພົບເຫັນວ່າມີ anisotropy ຕ່ໍາສຸດ (1.0%), ຕິດຕາມດ້ວຍໂຟມ Weir-Phelan (1.2%). ດັ່ງນັ້ນ, ໂຄງສ້າງເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນ isotropic ສູງ.

ແຕ່ໂຄງສ້າງ Kelvin ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄ່າສໍາປະສິດ anisotropy ຂອງ 3.5%, ເຊິ່ງຂ້ອນຂ້າງໃກ້ຊິດກັບລະບົບ Laves (3.4%) ແລະເພັດ (4.2%). ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເຖິງແມ່ນວ່າຕົວຊີ້ວັດເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນບໍ່ຮ້າຍແຮງທີ່ສຸດ, ເນື່ອງຈາກວ່າຍັງມີລະບົບ cubic ງ່າຍດາຍທີ່ມີຄ່າສໍາປະສິດ anisotropy ຂອງ 8.8% ແລະເຄືອຂ່າຍເພັດ hexagonal ກັບ 9.7%.

ໃນການປະຕິບັດ, ໃນເວລາທີ່ມັນເປັນສິ່ງຈໍາເປັນເພື່ອບັນລຸມູນຄ່າ PBG ສູງສຸດ, ບາງຄັ້ງມັນຈໍາເປັນຕ້ອງມີການປ່ຽນແປງຕົວກໍານົດການທາງດ້ານຮ່າງກາຍທີ່ແນ່ນອນຂອງໂຄງສ້າງ. ໃນກໍລະນີນີ້, ພາລາມິເຕີນີ້ແມ່ນລັດສະໝີຂອງ spherocylinders. ນັກວິທະຍາສາດໄດ້ປະຕິບັດການຄິດໄລ່ທາງຄະນິດສາດທີ່ພວກເຂົາກໍານົດຄວາມສໍາພັນລະຫວ່າງຊ່ອງຫວ່າງແຖບ photonic ແລະຄວາມກວ້າງຂອງມັນເປັນຫນ້າທີ່. ɛ. ສໍາລັບແຕ່ລະຄ່າທີ່ໄດ້ຮັບ, ລັດສະໝີໄດ້ຖືກປັບປຸງໃຫ້ເໝາະສົມທີ່ສຸດ ∆ω/ωມ.

ຮູບພາບທີ 3: ການປຽບທຽບຂອງ∆ω/ωmຂອງເຄືອຂ່າຍໂຟມທີ່ໄດ້ສຶກສາ (C15, Kelvin, Weir-Phelan) ແລະໂຄງສ້າງອື່ນໆ (ເພັດ, ເພັດຫົກຫລ່ຽມ, Laves, SC - ກ້ອນປົກກະຕິ).

ໂຟມ Weir-Phelan ຮັກສາຂະຫນາດ PBG ທີ່ຍອມຮັບໄດ້ຂອງ 8% ເຖິງຄວາມຄົມຊັດຂອງ dielectric ɛ≈9, ແລະລັດສະໝີໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນເພື່ອບັນລຸຄ່າ PBG ສູງສຸດ 15%. PBGs ຫາຍໄປເມື່ອ ɛ < 6.5. ດັ່ງທີ່ຄາດໄວ້, ໂຄງສ້າງເພັດມີ PBG ທີ່ໃຫຍ່ທີ່ສຸດໃນບັນດາໂຄງສ້າງທັງຫມົດທີ່ໄດ້ສຶກສາ.

ສໍາລັບການຮູ້ຈັກລາຍລະອຽດເພີ່ມເຕີມກັບ nuances ຂອງການສຶກສາ, ຂ້າພະເຈົ້າແນະນໍາໃຫ້ເບິ່ງ ນັກວິທະຍາສາດລາຍງານ и ວັດສະດຸເພີ່ມເຕີມ ກັບເຂົາ.

Epilogue

ແຮງຈູງໃຈຕົ້ນຕໍສໍາລັບການດໍາເນີນການສຶກສານີ້ແມ່ນຄວາມປາຖະຫນາທີ່ຈະຕອບຄໍາຖາມວ່າເຄືອຂ່າຍໂຟມສາມາດສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງ PBG ຢ່າງເຕັມທີ່. ການແປງຂອບຂອງໂຄງສ້າງໂຟມແຫ້ງເຂົ້າໄປໃນເຄືອຂ່າຍ photonic ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າພວກເຂົາສາມາດເຮັດໄດ້.

ໃນເວລານີ້, ໂຟມບໍ່ແມ່ນໂຄງສ້າງທີ່ໄດ້ຮັບການສຶກສາໂດຍສະເພາະ. ແນ່ນອນ, ມີການສຶກສາທີ່ໃຫ້ຜົນໄດ້ຮັບທີ່ດີໃນແງ່ຂອງເຄືອຂ່າຍ amorphous, ແຕ່ພວກມັນຖືກປະຕິບັດຢູ່ໃນວັດຖຸຂະຫນາດນ້ອຍທີ່ສຸດ. ລະບົບຈະປະຕິບັດແນວໃດຍ້ອນວ່າຂະຫນາດຂອງມັນເພີ່ມຂຶ້ນຍັງບໍ່ຈະແຈ້ງ.

ອີງຕາມນັກຂຽນຂອງການສຶກສາ, ວຽກງານຂອງພວກເຂົາເປີດຄວາມເປັນໄປໄດ້ຫຼາຍສໍາລັບການປະດິດສ້າງໃນອະນາຄົດ. ໂຟມແມ່ນທົ່ວໄປຫຼາຍໃນທໍາມະຊາດແລະງ່າຍຕໍ່ການຜະລິດ, ເຮັດໃຫ້ໂຄງສ້າງນີ້ມີຄວາມດຶງດູດຫຼາຍສໍາລັບການນໍາໃຊ້ພາກປະຕິບັດ.

ນັກວິທະຍາສາດເອີ້ນອິນເຕີເນັດວ່າເປັນຫນຶ່ງໃນຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ມີຄວາມທະເຍີທະຍານທີ່ສຸດຂອງການຄົ້ນຄວ້າຂອງພວກເຂົາ. ດັ່ງທີ່ນັກຄົ້ນຄວ້າເອງເວົ້າວ່າ, ການສົ່ງຂໍ້ມູນຜ່ານເສັ້ນໄຍ optical ບໍ່ແມ່ນສິ່ງໃຫມ່, ແຕ່ແສງສະຫວ່າງຍັງຖືກປ່ຽນເປັນໄຟຟ້າຢູ່ທີ່ປາຍທາງຂອງມັນ. ວັດສະດຸ bandgap photonic ສາມາດນໍາແສງສະຫວ່າງໄດ້ຊັດເຈນກວ່າສາຍໃຍແກ້ວນໍາແສງແບບທໍາມະດາແລະສາມາດເປັນ transistors optical ທີ່ປະຕິບັດການຄິດໄລ່ໂດຍໃຊ້ແສງສະຫວ່າງ.

​ເຖິງ​ວ່າ​ແຜນການ​ຈະ​ເລີ​ນຮຸ່ງ​ເຮືອງ​ປານ​ໃດ​ກໍ​ຕາມ, ​ແຕ່​ຍັງ​ມີ​ວຽກ​ງານ​ຫຼາຍ​ຢ່າງ​ທີ່​ຕ້ອງ​ເຮັດ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ຄວາມບໍ່ສັບສົນຂອງການດໍາເນີນການຄົ້ນຄ້ວາຫຼືຄວາມສັບສົນຂອງການປະຕິບັດການທົດລອງສາມາດເອົາຊະນະຄວາມກະຕືລືລົ້ນຂອງນັກວິທະຍາສາດແລະຄວາມປາຖະຫນາຂອງພວກເຂົາທີ່ຈະປັບປຸງໂລກຂອງເຕັກໂນໂລຢີ.

ຂໍ​ຂອບ​ໃຈ​ສໍາ​ລັບ​ການ​ອ່ານ​, ຢູ່​ທີ່​ຢາກ​ຮູ້​ຢາກ​ເຫັນ​ແລະ​ມີ guys ທີ່​ດີ​ໃນ​ທ້າຍ​ອາ​ທິດ​! 🙂

ຂອບໃຈສໍາລັບການຢູ່ກັບພວກເຮົາ. ເຈົ້າມັກບົດຄວາມຂອງພວກເຮົາບໍ? ຕ້ອງການເບິ່ງເນື້ອຫາທີ່ຫນ້າສົນໃຈຫຼາຍບໍ? ສະຫນັບສະຫນູນພວກເຮົາໂດຍການວາງຄໍາສັ່ງຫຼືແນະນໍາໃຫ້ຫມູ່ເພື່ອນ, cloud VPS ສໍາລັບນັກພັດທະນາຈາກ $4.99, ສ່ວນຫຼຸດ 30% ສໍາລັບຜູ້ໃຊ້ Habr ໃນການປຽບທຽບທີ່ເປັນເອກະລັກຂອງເຊີບເວີລະດັບເຂົ້າ, ເຊິ່ງຖືກປະດິດໂດຍພວກເຮົາສໍາລັບທ່ານ: ຄວາມຈິງທັງໝົດກ່ຽວກັບ VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps ຈາກ $20 ຫຼືວິທີການແບ່ງປັນເຄື່ອງແມ່ຂ່າຍ? (ສາມາດໃຊ້ໄດ້ກັບ RAID1 ແລະ RAID10, ສູງສຸດ 24 cores ແລະສູງສຸດ 40GB DDR4).

Dell R730xd ລາຄາຖືກກວ່າ 2 ເທົ່າ? ທີ່ນີ້ເທົ່ານັ້ນ 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV ຈາກ $199 ໃນປະເທດເນເທີແລນ! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ຈາກ $99! ອ່ານກ່ຽວກັບ ວິທີການສ້າງໂຄງສ້າງພື້ນຖານຂອງບໍລິສັດ. ຫ້ອງຮຽນທີ່ມີການນໍາໃຊ້ເຄື່ອງແມ່ຂ່າຍຂອງ Dell R730xd E5-2650 v4 ມູນຄ່າ 9000 ເອີໂຣສໍາລັບເງິນບໍ?

ແຫຼ່ງຂໍ້ມູນ: www.habr.com