1887 онд Шотландын физикч Уильям Томсон эфирийн бүтцийн геометрийн загварыг санал болгосон бөгөөд энэ нь бүх зүйлийг хамардаг орчин бөгөөд чичиргээ нь бидэнд цахилгаан соронзон долгион, тэр дундаа гэрэл хэлбэрээр илэрдэг. Эфирийн онол бүрэн бүтэлгүйтсэн хэдий ч геометрийн загвар оршин тогтносоор байсан бөгөөд 1993 онд Денис Вар, Роберт Фелан нар орон зайг аль болох дүүргэх чадвартай бүтцийн илүү дэвшилтэт загварыг санал болгосон. Тэр цагаас хойш энэ загвар нь математикч, зураачдын сонирхлыг ихэд татсаар ирсэн ч сүүлийн үеийн судалгаагаар энэ нь цахилгааны оронд гэрэл ашиглах ирээдүйн технологийн үндэс суурь болж болохыг харуулж байна. Ware-Phelan хөөс гэж юу вэ, энэ нь юугаараа ер бусын байдаг, гэрлийг барихад хэрхэн ашиглах вэ? Эдгээр болон бусад асуултын хариултыг бид судалгааны багийн тайлангаас олох болно. Яв.
Судалгааны үндэс
Хэдэн зуун жилийн өмнө шинжлэх ухааны нийгэмлэгт эргэн тойрон дахь бүх зүйлийн талаар маш сонирхолтой онол гарч ирэв. Энэ онол нь цахилгаан соронзон долгионы мөн чанарыг тайлбарлах зорилготой байв. Эфир нь бүх зүйлийг тойрон хүрээлж, эдгээр долгионы эх үүсвэр болдог гэж үздэг байв. Эфирийн онолыг дагаж гарсан шинжлэх ухааны нээлтүүд түүнийг бүрэн устгасан.
Уильям Томсон
Гэсэн хэдий ч 1887 онд эфирийн онол хүч чадал, алдар нэрээр дүүрэн байх үед олон эрдэмтэд эфир нь бүх орон зайг яг яаж дүүргэх талаар санаа бодлоо илэрхийлж байв. Лорд Келвин гэгддэг Уильям Томсон ч үл хамаарах зүйл биш байв. Тэрээр орон зайг төгс дүүргэх байгууламжийг хайж байсан бөгөөд ингэснээр хоосон газар байхгүй болно. Энэ хайлтыг хожим Келвиний асуудал гэж нэрлэсэн.
Энгийн жишээ: лааз кола агуулсан хайрцгийг төсөөлөөд үз дээ. Тэдний хооронд цилиндр хэлбэрийн улмаас хоосон зай үүсдэг, өөрөөр хэлбэл. ашиглагдаагүй зай.
Томсон дэлхийг 40 сая жилээс илүүгүй настай гэж үзэхээс гадна Денис Варе, Роберт Фелан нар сайжруулсан шинэ геометрийн бүтцийг санал болгосны үр дүнд тэдний нэрээр нэрлэжээ.
Ware-Phelan бүтэц нь зөгийн сархинагаас бүтсэн бөгөөд орон зайг салангид олон талт хэсгүүдээр дүүргэж, хоосон зай үлдээдэггүй. Зөгийн үүрний ачаар бидний ихэвчлэн зургаан өнцөгт гэж боддог зөгийн сархинаг нь үнэндээ маш олон янзын хэлбэртэй байдаг. Куб, октаэдр, тетраэдр, ромбик додекаэдр гэх мэт байдаг.
Ware-Phelan бүтэц
Ware-Phelan зөгийн сархинагуудын ер бусын зүйл бол тэдгээр нь янз бүрийн геометрийн хэлбэр, элементүүдээс бүрддэг. Үндсэндээ энэ нь ижил хэмжээтэй бөмбөлгүүдийн хамгийн тохиромжтой хөөс юм.
Энэхүү хөөсний өвөг дээдэс нь Лорд Келвиний санал болгосон бөгөөд бидэнд аль хэдийн танил болсон. Гэсэн хэдий ч түүний хувилбар нь богиноссон шоо зөгийн сархинагаас бүрдсэн байв. Кельвиний бүтэц нь 6 дөрвөлжин нүүртэй, 8 зургаан өнцөгт нүүртэй, дөрвөн нүүртэй, орон зайг дүүргэх олон талт (тетрадекаэдр) болох таслагдсан октаэдрээс үүссэн гүдгэр нэгэн төрлийн зөгийн сархинаг байв.
Уоре, Фелан нар 1993 онд бүтэцээ нээх хүртэл орон зайг хамгийн их хэмжээгээр дүүргэх энэ сонголтыг бараг зуун жилийн турш хамгийн тохиромжтой гэж үздэг.
Пентагондодекаэдр ба декаэдр
Ware-Phelan зөгийн сархинаг ба түүний өмнөх үеийн гол ялгаа нь ижил эзэлхүүнтэй хоёр төрлийн бүрэлдэхүүн элементийг ашиглах явдал юм: пентагондодекаэдр (тетраэдр тэгш хэмтэй додекаэдр) ба эргэлтийн тэгш хэмтэй XNUMXэдр.
Принстоны их сургуулийн эрдэмтэд өнөөдөр бидний авч үзэж буй ажилд Ware-Phelan хөөсийг фотоникт ашиглахаар шийджээ. Нэгдүгээрт, ийм хөөс нь бүх чиглэлд, өргөн хүрээний давтамжийн бүх туйлшралд гэрлийн тархалтыг хаадаг фотоник зурвастай (PBGs) байгаа эсэхийг олж мэдэх шаардлагатай байв.
Эрдэмтэд өөрсдийн судалгаагаар Ware-Phelan хөөсөнцөр дээр суурилсан 16,9D фотоник сүлжээ нь өндөр түвшний PBG (XNUMX%) үүсгэдэг болохыг харуулсан. изотропи*, энэ нь фотоник хэлхээний чухал шинж чанар юм.
Изотропи* - бүх чиглэлд ижил физик шинж чанарууд.
Келвин хөөс ба C15 хөөс нь PBG-ийн хувьд сайн гүйцэтгэлтэй байсан ч энэ талаараа Ware-Phelan бүтцээс доогуур байв.
Үүнтэй төстэй судалгааг өмнө нь хийж байсан боловч хоёр хэмжээст хуурай хөөсөнцөр дээр төвлөрсөн. Дараа нь хоёр хэмжээст аморф хуурай хөөс нь зөвхөн хөндлөн цахилгаан туйлшралын хувьд PBG-ийг харуулдаг болохыг олж мэдсэн. Асуудал нь XNUMXD хөөсөнцөрт хоёр туйлшрал байдаг.
Боломжит бэрхшээлийг үл харгалзан 30D хөөсийг фотоникийн салбарт ирээдүйтэй материал гэж үзэж болно гэж судлаачид үзэж байна. Үүний шалтгаан бий: Plateau-ийн хуулиуд нь ирмэгүүд нь зөвхөн тетраэдр оройг үүсгэдэг. Энэ нь фотоник сүлжээний хувьд том давуу тал юм. Үүний тод жишээ бол XNUMX% PBG-тэй алмаз юм.
Хөөс нь алмазан торны координатын тетраэдр шинж чанартай боловч муруй ирмэгтэй, бага зэрэг тэгш бус холбоосын урттай гэдгээрээ ялгаатай. Ийм ялгаа нь фотоник шинж чанарт хэрхэн, хэр зэрэг нөлөөлж байгааг олж мэдэх л үлдлээ.
Хэрэв 17D хуурай хөөсний хавиргыг илүү зузаан болговол өөрөө угсардаг фотоник талстуудын ердийн жишээнүүдийнхтэй харьцуулахуйц эсвэл илүү XNUMX% хүртэл тод фотоник PBG-ийг харуулсан фотоник сүлжээг (доорх зураг) үүсгэх боломжтой.
Зураг №1: Ware-Phelan бүтэц (зүүн талд), Келвин бүтэц (төв) болон C15 хөөс (баруун) ирмэгийг нягтруулах замаар олж авсан фотоник хөөсөн сүлжээ.
Ийм загварыг практикт хэрэгжүүлэхийн тулд хуурай хөөсийг эхлээд талстжуулж, дараа нь диэлектрик материалаар бүрсэн байх ёстой. Мэдээжийн хэрэг, хөөсний PBG нь фотоник болороос бага байх болно, гэхдээ энэ сул талыг хэд хэдэн давуу талуудаар даван туулж болно. Нэгдүгээрт, хөөсийг өөрөө зохион байгуулах нь том дээжийг хурдан үйлдвэрлэх боломжийг олгодог. Хоёрдугаарт, өмнөх судалгаанд үндэслэсэн фотоник хөөсний гетероструктурууд нь илүү өргөн хүрээний хэрэглээтэй байж болно.
Судалгааны үр дүн
Юуны өмнө хуурай хөөсийг судлах шаардлагатай байсан бөгөөд энэ нь интерфэйсийн бүсийн орон нутгийн минимум гэж тодорхойлогддог морин эдлэл* эзэлхүүний хязгаарлалттай тул эцсийн геометр нь Plateau-ийн хуулиудад захирагдана.
Модны утас* - Онгоцыг цоорхой үлдээхгүйгээр бүхэлд нь хамарсан бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд хуваах.
Ware-Phelan, Kelvin, C15 хөөсийг бүтээхийн тулд эрдэмтэд BCC, A15, эсвэл C15 талстуудад зориулсан жигнэсэн Вороной мотоциклоор эхэлсэн.
Вороной диаграм
Параметрүүдийг бүх тусгаарлах нүднүүд ижил эзэлхүүнтэй байхаар сонгосон.
Хөөсний муруй ирмэг ба тэдгээрийн өмнөх үеийн шулуун моодны ирмэгээс үүссэн сүлжээг судалсан. Бүх төрлийн хөөсний топологийг үнэлэх, бөгжний статистик*.
Бөгжний статистик (бөгжний статистик)*Сүлжээний материалын топологийн шинж чанарын шинжилгээ (шингэн, талст эсвэл аморф систем) нь ихэвчлэн атомын зангилаа, атом хоорондын холболтыг ашиглан график онол дээр суурилдаг. Хоёр зангилааны хоорондох холболт байхгүй эсвэл байгаа эсэхийг системийн бүрэн ба хэсэгчилсэн радиаль хуваарилалтын функцүүдэд дүн шинжилгээ хийх замаар тодорхойлно. Сүлжээний материалд давхцалгүйгээр цувралаар холбогдсон зангилаа ба холбоосуудын дарааллыг зам гэж нэрлэдэг. Энэ тодорхойлолтын дагуу бөгж бол зүгээр л хаалттай зам юм. Хэрэв та тодорхой сүлжээний зангилааг сайтар шалгаж үзвэл энэ зангилаа олон тооны цагирагт оролцож болохыг харж болно. Эдгээр цагиргууд тус бүр нь өөрийн гэсэн хэмжээсээр тодорхойлогддог бөгөөд тэдгээрийг бүрдүүлдэг зангилаа ба холбоосуудын хоорондын харилцаанд үндэслэн ангилж болно.
Бөгжийг тодорхойлох анхны аргыг Ширли В.Кинг өгсөн. Шилэн SiO2-ийн холболтыг судлахын тулд тэрээр бөгжийг тухайн зангилааны хамгийн ойрын хоёр хөршийн хоорондох хамгийн богино зам гэж тодорхойлсон.
Хэлэлцэж буй судалгааны хувьд нэгж нүдн дэх оройд ногдох хамгийн богино цагирагуудын тоог тооцоолсон.
Kelvin загварын нэг нүд нь орой бүрт 2 квадрат, 4 зургаан өнцөгттэй байдаг боловч TCP (тетраэдр нягт савлагдсан) хөөс нь зөвхөн таван өнцөгт болон зургаан өнцөгт нүүртэй байдаг (дунджаар: Ware-Phelan хөөсөнд 5.2 ба 0.78; C5.3 хөөсөнцөрт 0.71 ба 15). Voronoi tessellations A15 ба C15 нь хамгийн их, хамгийн бага тооны ирмэгтэй TCP бүтэц юм (f) 1 нүд тутамд. Тиймээс Ware-Phelan бүтэц нь хамгийн олон нүүртэй байдаг (f = 13 + 1/2), C15 нь хамгийн бага тооны нүүр (f = 13 + 1/3).
Онолын бэлтгэлээ хийж дууссаны дараа эрдэмтэд хуурай хөөсөн хавирга дээр суурилсан фотоник сүлжээг загварчилж эхлэв. хөөс-фотон сүлжээ. PBG-ийн үнэ цэнэ 20% байх үед системийн гүйцэтгэл хамгийн их байх боловч 15% -д Ware-Phelan хөөс тогтворгүй болох нь тогтоогдсон. Энэ шалтгааны улмаас эрдэмтэд нойтон хөөсийг авч үзээгүй бөгөөд тэгш өндөрлөгийн хил хязгаар нь трикуспид хөндлөн огтлолтой байдаг. Үүний оронд эрдэмтэд хавирганы зузааныг аажмаар нэмэгдүүлэх боломжтой хуурай хөөсөн бүтэц дээр анхаарлаа төвлөрүүлэв.
Үүнээс гадна ирмэг бүр нь сфероцилиндрийн (капсул) дунд тэнхлэг бөгөөд радиус нь тааруулах параметр юм.
Судлаачид ийм хөөсөн сүлжээ нь шууд утгаараа хөөс биш гэдгийг сануулж байна, гэхдээ тайландаа хялбар болгох үүднээс тэдгээрийг "хөөс" эсвэл "хөөсний сүлжээ" гэж нэрлэх болно.
Симуляцийн явцад параметрийг харгалзан үзсэн ɛ (диэлектрик тодосгогч) - тусгаарлагчийн өндөр ба бага утгатай материалын диэлектрик тогтмолуудын эзлэх хувь. Диэлектрикийн ялгаатай байдлыг 13-аас 1-ийн хооронд гэж үздэг бөгөөд энэ нь янз бүрийн фотоник материалын дизайны гүйцэтгэлийг харьцуулахдаа уран зохиолд стандарт болгон ашигладаг.
Сүлжээ бүрийн хувьд ирмэгийн радиусыг (бөмбөрцөг цилиндр) зурвасын завсар ба түүний дунд хэсгийн хамгийн их харьцаагаар оновчтой болгосон: ∆ω/ωm, хаана ∆ω нь давтамжийн зурвасын өргөн, ба ωm - бүсийн доторх давтамж.
Зураг №2: Ware-Phelan хөөс (улаан), Келвин хөөс (цэнхэр), C15 хөөс (ногоон) зэрэг фотоник бүсийн бүтэц.
Дараа нь PBG-ийн хэмжээг хэмжиж үзээд: Келвин хөөс 7.7%, C13.0 хөөс 15%, Ware-Phelan хөөс 16.9% байна. Талбайг багасгах нь PBG хэмжээг 0.7%, 0.3 эсвэл 1.3% -иар нэмэгдүүлдэг.
Шинжилгээнээс харахад TCP сүлжээ нь Келвин сүлжээнээс хамаагүй том PBG хэмжээтэй байдаг. Хоёр TCP сүлжээнээс Ware-Phelan хөөс нь хамгийн том зурвасын хэмжээтэй байдаг бөгөөд энэ нь холбоосын уртын бага өөрчлөлттэй холбоотой юм. Эрдэмтэд бондын уртын ялгаа нь тэдний систем дэх гол шалтгаан байж болох юм гэж үзэж байна, i.e. Ware-Phelan хөөсөнцөр дэх PBG нь алмааз (31.6%) эсвэл Laves системээс (28.3%) бага байна.
Фотоникийн нэгэн адил чухал тал бол PBG-ийн изотропи бөгөөд энэ нь дурын хэлбэрийн долгионы хөтөч үүсгэх боломжийг олгодог. Фотоник квазикристалууд, түүнчлэн аморф фотоник сүлжээнүүд нь сонгодог фотоник талстуудаас илүү изотроп шинж чанартай байдаг.
Судалгаанд хамрагдаж буй хөөс-фотоник бүтэц нь изотропийн өндөр зэрэгтэй байдаг. PBG (тодорхой орчны шинж чанарын ялгааны зэрэг) анизотропийн коэффициентийг тодорхойлох томъёог доор харуулав.А):
БОЛОН: = (√Var[ωHDB]+Var[ωLAB]) / ωm
С15 хөөс нь хамгийн бага анизотроп (1.0%), дараа нь Weir-Phelan хөөс (1.2%) байна. Иймээс эдгээр бүтэц нь өндөр изотроп шинж чанартай байдаг.
Гэхдээ Келвиний бүтэц нь анизотропийн коэффициентийг 3.5% харуулж байгаа бөгөөд энэ нь Лавсын систем (3.4%) ба алмаз (4.2%)-ийнхтэй нэлээд ойролцоо байна. Гэсэн хэдий ч эдгээр үзүүлэлтүүд ч гэсэн хамгийн муу үзүүлэлт биш, учир нь анизотропийн коэффициент 8.8%, зургаан өнцөгт алмазан сүлжээ 9.7% байдаг энгийн куб системүүд бас байдаг.
Практикт PBG-ийн хамгийн их утгад хүрэх шаардлагатай үед заримдаа бүтцийн зарим физик параметрүүдийг өөрчлөх шаардлагатай байдаг. Энэ тохиолдолд энэ параметр нь сфероцилиндрүүдийн радиус юм. Эрдэмтэд математикийн тооцоолол хийж, фотоник зурвасын завсар ба түүний өргөн хоорондын хамаарлыг функц болгон тодорхойлжээ. ɛ. Олж авсан утга бүрийн хувьд ∆-ийг нэмэгдүүлэхийн тулд радиусыг оновчтой болгосонω/ωм.
Зураг No3: судлагдсан хөөсөн сүлжээнүүд (C15, Kelvin, Weir-Phelan) болон бусад байгууламжийн ∆ω/ωm-ийн харьцуулалт (алмаз, зургаан өнцөгт алмаз, Лавс, SC - ердийн куб).
Weir-Phelan хөөс нь диэлектрикийн тодосгогч хүртэл PBG-ийн зөвшөөрөгдөх хэмжээг 8% хадгалдаг. ɛ≈9, радиусыг нэмэгдүүлж, PBG-ийн хамгийн их утгыг 15% -д хүргэсэн. PBG нь хэзээ алга болдог ɛ < 6.5. Хүлээгдэж буйгаар алмазан бүтэц нь судлагдсан бүх бүтэц дотроос хамгийн том PBG-тэй.
Судалгааны нарийн ширийн зүйлстэй илүү дэлгэрэнгүй танилцахын тулд би үзэхийг зөвлөж байна и түүнд.
Эпилог
Энэхүү судалгааг хийх гол сэдэл нь хөөсний сүлжээ нь бүрэн хэмжээний PBG-ийг харуулж чадах уу гэсэн асуултанд хариулах хүсэл юм. Хуурай хөөсөн бүтцийн ирмэгийг фотоник сүлжээ болгон хувиргах нь тэдгээр нь боломжтой болохыг харуулсан.
Одоогийн байдлаар хөөс нь ялангуяа судлагдсан бүтэц биш юм. Мэдээжийн хэрэг аморф сүлжээний хувьд сайн үр дүн өгдөг судалгаа байдаг боловч тэдгээрийг маш жижиг биетүүд дээр хийсэн. Хэмжээ ихсэх тусам систем хэрхэн ажиллах нь тодорхойгүй хэвээр байна.
Судалгааны зохиогчдын үзэж байгаагаар тэдний ажил ирээдүйн шинэ бүтээлүүдэд олон боломжийг нээж өгч байна. Хөөс нь байгальд маш түгээмэл бөгөөд үйлдвэрлэхэд хялбар байдаг тул энэ бүтцийг практик хэрэглээнд маш сонирхолтой болгодог.
Эрдэмтэд интернетийг судалгааныхаа хамгийн амбицтай хэрэглээний нэг гэж нэрлэдэг. Судлаачдын өөрсдийнх нь хэлснээр оптик шилэн дээр өгөгдөл дамжуулах нь шинэ зүйл биш ч гэрэл нь хүрэх газартаа цахилгаан болж хувирсан хэвээр байна. Фотоник зурвасын материалууд нь ердийн шилэн кабелиас хамаагүй илүү нарийвчлалтай гэрлийг чиглүүлж чаддаг бөгөөд гэрлийг ашиглан тооцоо хийдэг оптик транзисторын үүрэг гүйцэтгэдэг.
Хичнээн том төлөвлөгөө байсан ч хийх ажил их байна. Гэсэн хэдий ч эрдэмтдийн урам зориг, технологийн ертөнцийг сайжруулах хүсэл эрмэлзэл, судалгаа хийх нарийн төвөгтэй байдал, туршилтыг хэрэгжүүлэх нарийн төвөгтэй байдал ч даван туулж чадахгүй.
Уншсанд баярлалаа, сонирхож байгаарай, амралтын өдрийг сайхан өнгөрүүлээрэй залуусаа! 🙂
Бидэнтэй хамт байсанд баярлалаа. Манай нийтлэл танд таалагдаж байна уу? Илүү сонирхолтой контент үзэхийг хүсч байна уу? Захиалга өгөх эсвэл найзууддаа санал болгох замаар биднийг дэмжээрэй, , Хабр хэрэглэгчдэд зориулсан 30% хямдралтай, анхан шатны түвшний серверүүдийн өвөрмөц аналогийг бид танд зориулан зохион бүтээжээ. (RAID1 болон RAID10, 24 хүртэлх цөм, 40 ГБ хүртэл DDR4-тэй байх боломжтой).
Dell R730xd 2 дахин хямд байна уу? Зөвхөн энд Нидерландад! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - 99 доллараас! тухай уншина уу
Эх сурвалж: www.habr.com