Tamin'ny 1887, William Thomson, mpahay fizika Scottish, dia nanolotra ny modely geometrika momba ny firafitry ny etera, izay heverina ho fitaovana manenika ny rehetra, ny fihovitrovitra izay miseho amintsika ho onja elektromagnetika, anisan'izany ny hazavana. Na dia eo aza ny tsy fahombiazan'ny teoria etera, dia mbola nisy ny modely geometrika, ary tamin'ny 1993, Denis Ware sy Robert Phelan dia nanolotra modely maoderina kokoa amin'ny rafitra iray izay afaka mameno ny habaka araka izay tratra. Nanomboka teo, ity maodely ity dia nahaliana ny ankamaroan'ny mpahay matematika na mpanakanto, saingy ny fikarohana vao haingana dia naneho fa mety ho fototry ny teknolojia ho avy izay mampiasa hazavana fa tsy herinaratra. Inona no atao hoe Foam Ware-Phelan, inona no mampiavaka azy, ary ahoana no azo ampiasana azy hisambotra hazavana? Hahita valiny amin’ireo fanontaniana ireo sy ny hafa isika ao amin’ny tatitra nataon’ny vondrona mpikaroka. Mandehana.
Fototry ny fianarana
Ara-bakiteny zato taona lasa izay ao amin'ny fiaraha-monina siantifika dia nisy teoria tena mahaliana momba ny raharaha iray amin'ny zava-drehetra manodidina. Ity teoria ity dia natao hanazavana ny toetoetran'ny onjam-peo elektromagnetika. Noheverina fa manodidina ny zava-drehetra ny etera ary loharanon'ireo onja ireo. Ny fikarohana ara-tsiansa nanaraka ny teoria etera dia nandrava azy tanteraka.
William Thomson
Na izany aza, tamin'ny 1887, rehefa feno hery sy laza ny teoria momba ny etera, mpahay siansa maro no naneho ny heviny momba ny fomba ahafahan'ny etera mameno ny habaka rehetra. William Thomson, fantatra koa amin’ny anarana hoe Lord Kelvin, dia tsy naningana. Nitady rafitra hameno tsara ny toerana izy mba tsy hisy faritra banga. Nantsoina hoe olana Kelvin io fikarohana io tatỳ aoriana.
Ohatra voalohany: alaivo sary an-tsaina ny boaty misy cola kapoaka. Eo anelanelan'izy ireo, noho ny endrika cylindrical, misy banga mipoitra, i.e. toerana tsy ampiasaina.
Thomson, ankoatra ny finoana fa ny Tany dia tsy mihoatra ny 40 tapitrisa taona, dia nanolotra rafitra geometrika vaovao, izay nohatsarain'i Denis Ware sy Robert Phelan, ary vokatr'izany dia nomena anarana izy ireo.
Ny rafitra Ware-Phelan dia mifototra amin'ny toho-tantely izay mameno ny habaka amin'ny polyhedra misaraka, tsy mamela toerana banga. Ny toho-tantely, izay heverinay matetika ho hexagons noho ny toho-tantely, dia tonga amin'ny endriny maro samihafa. Misy cubic, octahedral, tetrahedral, rhombic dodecahedral, sns.
Ny rafitra Ware-Phelan
Ny zavatra tsy mahazatra momba ny honeycombs Ware-Phelan dia misy endrika sy singa geometrika samihafa. Amin'ny fotony dia foam tsara indrindra amin'ny bubbles mitovy habe.
Ny razamben'ity foam ity dia ilay natolotr'i Lord Kelvin, efa mahazatra antsika. Toho-tantely toratelo nohafohezina anefa ny dikan-teniny. Ny firafitry ny Kelvin dia toho-tantely fanamiana miendrika miendrika miforona amin'ny octahedron voatapaka, izay polyhedron (tetradecahedron) miendrika velarana efatra, misy tarehy efamira 6 ary tarehy hex 8.
Ity safidy ity amin'ny fampitomboana ny famenoana habaka dia noheverina ho mety nandritra ny efa ho zato taona, mandra-pahatongan'ny Ware sy Phelan nanokatra ny rafitra tamin'ny 1993.
Pentagondodecahedron sy decahedron
Ny fahasamihafana lehibe eo amin'ny toho-tantely Ware-Phelan sy ny teo alohany dia ny fampiasana singa roa karazana, izay mitovy ny habeny: pentagondodecahedron (dodecahedron misy tetrahedral symmetry) ary XNUMXhedron misy symmetry rotational.
Ao amin'ny asa izay hodinihintsika androany, nanapa-kevitra ny mpahay siansa avy amin'ny Oniversite Princeton fa hampiasa foam Ware-Phelan amin'ny fotonika. Voalohany, ilaina ny mamantatra raha manana gaps photonic band (PBGs) ny foam toy izany, izay manakana ny fiparitahan'ny hazavana amin'ny lafiny rehetra sy ho an'ny polarization rehetra amin'ny onjam-peo marobe.
Ao amin'ny fandalinany, ny mpahay siansa dia naneho fa ny tambajotra photonic 16,9D mifototra amin'ny foam Ware-Phelan dia mitondra mankany amin'ny PBG manan-danja (XNUMX%) miaraka amin'ny ambaratonga avo lenta. isotropy*, izay fananana manan-danja ho an'ny faritra photonic.
Isotropy* - fananana ara-batana mitovy amin'ny lafiny rehetra.
Ny foam Kelvin sy ny foam C15 dia nahavita tsara ihany koa tamin'ny resaka PBG, saingy ambany noho ny rafitra Ware-Phelan amin'io lafiny io.
Nisy fanadihadiana mitovy amin'izany natao teo aloha, saingy nifantoka tamin'ny foam maina roa dimensions izy ireo. Hita avy eo fa ny foam maina amorphous roa dia mampiseho PBG ho an'ny polarization elektrika transverse. Ny olana dia misy polarization roa amin'ny foam XNUMXD.
Na dia eo aza ny fahasarotana mety hitranga, ny foam 30D dia azo heverina ho fitaovana mampanantena eo amin'ny sehatry ny photonics, hoy ny mpikaroka. Misy antony izany: Ny lalàn'ny Plateau dia manome antoka fa ny sisiny dia mamorona vertices tetrahedral irery ihany. Ary izany dia tombony lehibe ho an'ny tambajotra photonic. Ohatra manaitra amin'izany ny diamondra misy PBG XNUMX%.
Ny foam dia manana ny fananana tetrahedral amin'ny fandrindrana makarakara diamondra, saingy tsy mitovy amin'ny hoe manana sisiny miolikolika izy ary somary tsy mitovy ny halavan'ny fatorana. Mijanona fotsiny ny hahitana hoe ahoana sy hatraiza ny fiantraikan'ny fahasamihafana toy izany amin'ny fananana fotonika.
Raha atao matevina kokoa ny taolan-tehezan'ny foam 17D maina, dia azo atao ny mamorona tambajotra photonic (sary etsy ambany) izay mampiseho PBGs photonic voatonona hatramin'ny XNUMX%, azo ampitahaina na ambony noho ny an'ireo ohatra mahazatra amin'ny kristaly fotonika mitambatra.
Sary #1: Tambajotra fôtônika azo tamin'ny fanamafisana ny sisin'ny rafitra Ware-Phelan (ankavia), rafitra Kelvin (afovoany) ary foam C15 (ankavanana).
Mba hampiharana ny modely toy izany amin'ny fampiharana, ny foam maina dia tsy maintsy atao kristaly aloha ary avy eo dia rakotra fitaovana dielectric. Mazava ho azy, ny PBG amin'ny foam dia ho ambany noho ny an'ny kristaly photonic, saingy io fatiantoka io dia azo resena amin'ny tombony maromaro. Voalohany, ny fandaminana ny foam-tena dia mety hamela ny famokarana haingana ny santionany lehibe. Faharoa, ny heterostructures foam photonic, mifototra amin'ny fikarohana teo aloha, dia mety manana fampiharana maro kokoa.
Valin'ny fikarohana
Voalohany indrindra, dia ilaina ny mianatra ny foam maina, izay voafaritra ho Minima eo an-toerana ny interfacial faritra tessellation* iharan'ny faneriterena ny volume, ka ny jeometrika farany dia mankato ny lalàn'i Plateau.
Tessellation* - mizara ny fiaramanidina ho singa singa izay mandrakotra tanteraka ny fiaramanidina manontolo tsy misy banga.
Mba hananganana ny foam Ware-Phelan, Kelvin, ary C15, ny mpahay siansa dia nanomboka tamin'ny tessellations Voronoi milanja ho an'ny kristaly BCC, A15, na C15.
Voronoi diagram
Ny masontsivana dia nofidina amin'ny fomba izay samy manana ny volume ny sela fisarahana rehetra.
Tambajotra miforona avy amin'ny sisiny miolakolaka amin'ny foam sy avy amin'ny sisiny tessellation mahitsy amin'ireo teo alohany no nodinihina. Mba hanombanana ny topolojian'ny karazana foam rehetra, statistika peratra*.
Statistikan'ny peratra (statistika peratra)*Ny famakafakana ny toetran'ny topolojika amin'ny fitaovana tambajotra (ranoka, rafitra kristaly na amorphous) dia matetika mifototra amin'ny teorian'ny grafika amin'ny fampiasana node ho an'ny atôma sy fatorana ho an'ny fifandraisana interatomika. Ny tsy fisian'ny fifandraisana eo amin'ny nodes roa dia voafaritra amin'ny famakafakana ny asan'ny fizarana radial feno sy ampahany amin'ny rafitra. Amin'ny fitaovan'ny tambajotra, ny filaharan'ireo nodes sy rohy mifandray amin'ny andiany tsy mifanindry dia antsoina hoe lalana. Manaraka io famaritana io, ny peratra dia lalana mihidy fotsiny. Raha mandinika tsara ny node tambajotra iray ianao dia ho hitanao fa afaka mandray anjara amin'ny peratra maro io node io. Ny tsirairay amin'ireo peratra ireo dia miavaka amin'ny habeny manokana ary azo sokajiana mifototra amin'ny fifandraisana misy eo amin'ny nodes sy ny rohy mandrafitra azy.
Ny fomba voalohany hamaritana ny peratra dia nomen'i Shirley W. King. Mba handinihana ny fifandraisan'ny SiO2 fitaratra, dia mamaritra ny peratra ho lalana fohy indrindra eo amin'ireo mpifanolo-bodirindrina akaiky amin'ny node iray izy.
Raha ny fandinihana nodinihina, dia natao ny kajy ny isan'ny peratra fohy indrindra isaky ny vertex ao amin'ny sela iray.
Ny sela iray ao amin'ny modelin'i Kelvin dia manana efamira 2 sy hexagons 4 isaky ny vertex, fa ny TCP (tetrahedraly close-packed) foam dia manana endrika pentagonal sy hexagonal (eo ho eo: 5.2 sy 0.78 amin'ny foam Ware-Phelan; 5.3 sy 0.71 amin'ny foam C15). Ny tessellations Voronoi A15 sy C15 dia rafitra TCP manana sisiny lehibe indrindra sy kely indrindra (f) isaky ny sela 1. Noho izany, ny rafitra Ware-Phelan dia manana endrika be indrindra (f = 13 + 1/2), ary C15 no isa kely indrindra (f = 13 + 1/3).
Rehefa vita ny fiomanana ara-teorika, ny mpahay siansa dia nanomboka nanamboatra tambajotra photonic mifototra amin'ny taolan-tehezana maina, i.e. tambajotra foam-photon. Hita fa amin'ny sandan'ny PBG amin'ny 20% ny fahombiazan'ny rafitra dia ambony indrindra, fa amin'ny 15% ny foam Ware-Phelan dia lasa tsy milamina. Noho izany antony izany, ny mpahay siansa dia tsy nihevitra ny foam mando, izay misy ny sisin-tanin'ny Plateau misy tricuspid cross-sections. Ny firafitry ny foam maina kosa no nifantohana, izay ahafahan'ny mpahay siansa mampitombo tsikelikely ny hatevin'ny taolan-tehezana.
Ankoatra izany, ny sisiny tsirairay dia ny medial axis ny spherocylinder (capsule), izay ny radius dia masontsivana Tuning.
Mampahatsiahy antsika ireo mpikaroka fa tsy foam amin'ny heviny ara-bakiteny ny tambajotran'ny foam toy izany, fa noho ny fahatsoran'ny tatitra nataon'izy ireo dia antsoina hoe "foam" na "tambajotra foam" izy ireo.
Nandritra ny simulation dia noraisina ny parameter ɛ (Dielectric contrast) - ny ampahany amin'ny dielectric constants amin'ny fitaovana misy sanda avo sy ambany. Ny fifanoheran'ny dielectric dia heverina ho eo anelanelan'ny 13 sy 1, izay matetika ampiasaina amin'ny literatiora ho fenitra rehefa mampitaha ny fahombiazan'ny endrika fotonika samihafa.
Ho an'ny tambajotra tsirairay, ny radius amin'ny sisiny (spherocylinders) dia tsara indrindra ho an'ny tahan'ny ambony indrindra amin'ny elanelan'ny tarika sy ny afovoany: ∆ω/ωm, aiza ∆ω dia ny sakan'ny tarika frequence, ary ωm - matetika ao anatin'ny faritra.
Sary #2: Firafitry zonal fotonika misy foam Ware-Phelan (mena), foam Kelvin (manga), ary foam C15 (maitso).
Avy eo dia norefesina ny haben'ny PBG ary hita fa: 7.7% ho an'ny foam Kelvin, 13.0% ho an'ny foam C15 ary 16.9% ho an'ny foam Ware-Phelan. Ny fampihenana ny faritra dia mampitombo ny haben'ny PBG amin'ny 0.7%, 0.3 na 1.3%.
Araka ny nazava tamin'ny fanadihadiana, ny tambajotra TCP dia manana habe PBG lehibe kokoa noho ny tambajotra Kelvin. Amin'ireo tambajotra TCP roa, dia ny foam Ware-Phelan no manana ny haben'ny bandgap lehibe indrindra, izay azo inoana fa noho ny fiovana kely kokoa amin'ny halavan'ny rohy. Mino ny mpahay siansa fa ny fahasamihafana eo amin'ny halavan'ny fifamatorana dia mety ho ny antony lehibe indrindra ao amin'ny rafitra misy azy, i.e. amin'ny foam Ware-Phelan, PBG dia kely noho ny diamondra (31.6%) na ao amin'ny rafitra Laves (28.3%).
Ny lafiny manan-danja amin'ny photonics dia ny isotropy ny PBG, izay mamela ny famoronana waveguides amin'ny endrika tsy misy dikany. Ny quasicrystals photonic, ary koa ny tambajotra photonic amorphous, dia isotropic kokoa noho ny kristaly photonic klasika.
Ny firafitry ny foam-photonic izay ianarana ihany koa dia manana isotropy avo lenta. Ity ambany ity ny raikipohy hamaritana ny coefficient anisotropy (izany hoe ny haavon'ny fahasamihafana eo amin'ny toetran'ny tontolo iray) PBG (А):
A: = (√ Var [ωHDB]+Var[ωLAB]) / ωm
Ny foam C15 dia hita fa manana anisotropy ambany indrindra (1.0%), arahin'ny foam Weir-Phelan (1.2%). Noho izany, ireo rafitra ireo dia tena isotropika.
Saingy ny firafitry ny Kelvin dia mampiseho ny coefficient anisotropy 3.5%, izay manakaiky ny an'ny rafitra Laves (3.4%) sy diamondra (4.2%). Na izany aza, na dia ireo famantarana ireo aza dia tsy ny ratsy indrindra, satria misy ihany koa ny rafitra cubic tsotra miaraka amin'ny coefficient anisotropy 8.8% ary tambajotra diamondra hexagonal misy 9.7%.
Amin'ny fampiharana, rehefa ilaina ny manatratra ny sanda PBG ambony indrindra, dia ilaina indraindray ny manova ny masontsivana ara-batana sasany amin'ny rafitra. Amin'ity tranga ity, ity parameter ity dia ny radius ny spherocylinders. Ny mpahay siansa dia nanao kajy matematika izay namaritra ny fifandraisana misy eo amin'ny elanelan'ny tarika fotonika sy ny sakany ho toy ny asa. ɛ. Ho an'ny sanda tsirairay azo, ny radius dia natao ho ambony indrindra ∆ω/ωm.
Sary No. 3: fampitahana ny ∆ω/ωm amin'ny tambajotra foam nodinihina (C15, Kelvin, Weir-Phelan) sy ny rafitra hafa (diamondra, diamondra hexagonal, Laves, SC - cubic mahazatra).
Ny foam Weir-Phelan dia mitazona ny haben'ny PBG azo ekena amin'ny 8% hatramin'ny fifanoherana dielectric ɛ≈9, ary nitombo ny radius mba hahazoana ny sanda PBG ambony indrindra amin'ny 15%. Manjavona ny PBG rehefa ɛ < 6.5. Araka ny efa nampoizina, ny rafitra diamondra dia manana PBG lehibe indrindra amin'ireo rafitra rehetra nodinihina.
Ho an'ny fahatakarana bebe kokoa momba ny nuances amin'ny fianarana dia manoro hevitra aho ny hijery и ho azy.
epilogue
Ny tena antony manosika hanao ity fanadihadiana ity dia ny faniriana hamaly ny fanontaniana raha afaka mampiseho PBG feno ny tambajotra foam. Ny famadihana ny sisin'ny firafitry ny foam maina ho tambajotran'ny fotonika dia nampiseho fa afaka.
Amin'izao fotoana izao, ny foam dia tsy rafitra nodinihina manokana. Mazava ho azy fa misy fanadihadiana manome vokatra tsara amin'ny resaka tambajotra amorphous, saingy natao tamin'ny zavatra faran'izay kely. Mbola tsy mazava ny fomba fitondran'ilay rafitra rehefa mitombo ny refy.
Araka ny voalazan'ireo mpanoratra ny fanadihadiana, ny asany dia manokatra fahafahana maro ho an'ny famoronana ho avy. Ny foam dia tena mahazatra amin'ny natiora ary mora amboarina, mahatonga an'io rafitra io ho tena mahasarika amin'ny fampiharana azo ampiharina.
Antsoin'ny mpahay siansa ho iray amin'ireo fampiharana fatra-paniry laza indrindra amin'ny fikarohana ataony ny Internet. Araka ny filazan'ny mpikaroka mihitsy, tsy zava-baovao ny fampitana angon-drakitra amin'ny fibre optika, fa ny hazavana dia mbola avadika ho herinaratra any amin'ny toerana halehany. Ny fitaovan'ny bandgap photonic dia afaka mitarika hazavana mazava kokoa noho ny tariby fibre optique mahazatra ary afaka miasa ho transistor optika izay manao kajy amin'ny fampiasana hazavana.
Na dia lehibe toy inona aza ny drafitra dia mbola betsaka ny asa tokony hatao. Na izany aza, na ny fahasarotan'ny fanaovana fikarohana na ny fahasarotan'ny fampiharana andrana dia tsy maharesy ny hafanam-pon'ny mpahay siansa sy ny faniriany hanatsara ny tontolon'ny teknolojia.
Misaotra namaky, mijanòna liana ary mirary faran'ny herinandro mahafinaritra ry zalahy! 🙂
Misaotra anao nijanona niaraka taminay. Tianao ve ny lahatsoratray? Te-hahita votoaty mahaliana kokoa? Tohano izahay amin'ny fametrahana baiko na fanolorana amin'ny namana, , fihenam-bidy 30% ho an'ny mpampiasa Habr amin'ny analogue tokana amin'ny mpizara ambaratonga fidirana, izay noforoninay ho anao: (misy miaraka amin'ny RAID1 sy RAID10, hatramin'ny 24 cores ary hatramin'ny 40GB DDR4).
Dell R730xd in-2 mora kokoa? Eto ihany any Holandy! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - manomboka amin'ny $99! Vakio ny momba ny
Source: www.habr.com