Ҳанӯз дар соли 1887 физики шотландӣ Вилям Томсон модели геометрии сохтори эфирро пешниҳод карда буд, ки гӯё як муҳити фарогир буда, ларзишҳои онҳо ба мо ҳамчун мавҷҳои электромагнитӣ, аз ҷумла рӯшноӣ зоҳир мешаванд. Бо вуҷуди шикасти пурраи назарияи эфир, модели геометрӣ мавҷудияти худро идома дод ва дар соли 1993 Денис Уоре ва Роберт Фелан модели пешрафтаи сохтореро пешниҳод карданд, ки қодир ба қадри имкон фазоро пур кунад. Аз он вақт инҷониб, ин модел асосан барои риёзидон ё рассомон таваҷҷуҳ дошт, аммо таҳқиқоти ахир нишон дод, ки он метавонад асоси технологияҳои ояндаро ташкил диҳад, ки ба ҷои нерӯи барқ рӯшноӣ истифода мебаранд. Кафки Ware-Phelan чист, он чӣ ғайриоддӣ мекунад ва чӣ гуна онро барои гирифтани нур истифода бурдан мумкин аст? Мо ба ин ва дигар саволҳо дар гузориши гурӯҳи тадқиқотӣ посух хоҳем дод. Бирав.
Асоси тадқиқот
Аслан сад сол пеш дар ҷомеаи илмӣ назарияи хеле ҷолиб дар бораи як масъалаи муайяни ҳама чизи атроф вуҷуд дошт. Ин назария ба фаҳмондани табиати мавҷҳои электромагнитӣ нигаронида шуда буд. Гумон мекарданд, ки эфир ҳама чизро иҳота мекунад ва манбаи ин мавҷҳо мебошад. Кашфиётхои илмй, ки назарияи эфирро ба ву-чуд оварда буданд, онро тамоман нобуд карданд.
Вилям Томсон
Бо вуҷуди ин, дар соли 1887, вақте ки назарияи эфир пур аз қувват ва маъруфият буд, бисёр олимон фикру ақидаҳои худро дар бораи он, ки эфир чӣ гуна маҳз тамоми фазоро пур карда метавонад, баён карданд. Вилям Томсон, ки бо номи Лорд Келвин маъруф аст, истисно набуд. Вай сохтореро меҷуст, ки фазоро ба таври комил пур кунад, то ки ҷойҳои холӣ набошад. Ин ҷустуҷӯ баъдтар мушкилоти Келвин номида шуд.
Мисоли ибтидоӣ: як қуттии дорои банкаҳои коларо тасаввур кунед. Дар байни онҳо, бинобар шакли силиндрӣ, холӣ ба вуҷуд меояд, яъне. фазои истифоданашуда.
Томсон ба гайр аз он ки бовар дошт, ки синни Замин аз 40 миллион сол зиёд нест, сохтори нави геометриро пешниход кард, ки онро Денис Уоре ва Роберт Фелан такмил дода, дар натичаи он ба номи онхо гузошта шудааст.
Сохтори Ware-Phelan ба асали асал асос ёфтааст, ки фазоро бо полиэдраҳои ҷудогона пур мекунад ва фазои холӣ намегузорад. Асал, ки мо одатан онро ба шарофати асал шашкунҷа мешуморем, воқеан дар шаклҳои гуногун меояд. Додекаэдрҳои кубӣ, октаэдрӣ, тетраэдрӣ, ромбӣ ва ғайра мавҷуданд.
Сохтори Ware-Phelan
Чизи ғайриоддӣ дар бораи асалҳои Ware-Phelan дар он аст, ки онҳо аз шаклҳо ва унсурҳои гуногуни геометрӣ иборатанд. Дар асл, он кафкеи идеалии ҳубобҳои баробар аст.
Аҷдодони ин кафк ҳамонест, ки аз ҷониби лорд Келвин пешниҳод шудааст, ки аллакай ба мо шинос буд. Бо вуҷуди ин, версияи ӯ аз асалҳои мукааби кутоҳшуда иборат буд. Сохтори Келвин як асали якхелаи барҷаста буд, ки аз як октаэдри буриш ба вуҷуд омадааст, ки он як полиэдри чаҳорҷаҳра ва фазоро пур мекунад (тетрадекаэдр), бо 6 чеҳраи мураббаъ ва 8 чеҳраи шонздаҳӣ.
Ин вариант барои пур кардани фазои ҳадди аксар тақрибан сад сол, то он даме, ки Ware ва Phelan сохтори худро дар соли 1993 кушоданд, беҳтарин ҳисобида мешуд.
Пантагондодекаэдр ва декаэдр
Фарқи асосии байни асали Ware-Phelan ва пешгузаштаи он истифодаи ду намуди унсурҳои таркибӣ мебошад, ки бо вуҷуди ин, ҳаҷми якхела доранд: панҷгонадодекаэдр (додекаэдр бо симметрияи тетраэдрӣ) ва XNUMX-ҳедрон бо симметрияи гардиш.
Дар коре, ки мо имрӯз баррасӣ мекунем, олимони Донишгоҳи Принстон тасмим гирифтанд, ки кафкҳои Ware-Phelanро дар фотоника истифода баранд. Аввалан, муайян кардан лозим буд, ки оё чунин кафкҳо фосилаҳои бандҳои фотоникӣ (PBG) доранд, ки паҳншавии рӯшноиро дар ҳама самтҳо ва барои ҳама поляризатсияҳо дар доираи васеи басомадҳо манъ мекунанд.
Дар таҳқиқоти худ, олимон нишон доданд, ки шабакаи фотоникии 16,9D дар асоси кафкеи Ware-Phelan ба PBG-и назаррас (XNUMX%) бо дараҷаи баланд оварда мерасонад. изотропия*, ки барои схемаҳои фотоникӣ моликияти муҳим аст.
Изотропия* — хосиятҳои физикии якхела дар ҳама самтҳо.
Кафки Келвин ва кафк C15 низ аз ҷиҳати PBG хуб кор карданд, аммо онҳо дар ин бобат аз сохтори Ware-Phelan пасттар буданд.
Тадқиқотҳои шабеҳ қаблан гузаронида шуда буданд, аммо онҳо ба кафкҳои хушки дученака нигаронида шудаанд. Пас аз он муайян карда шуд, ки кафкеи хушки аморфӣ ду андоза PBG-ро танҳо барои поляризатсияи барқии барқ намоиш медиҳад. Мушкилот дар он аст, ки дар кафкҳои XNUMXD ду поляризатсия вуҷуд дорад.
Ба гуфтаи муҳаққиқон, сарфи назар аз мушкилоти эҳтимолӣ, кафкҳои 30D-ро метавон як маводи ояндадор дар соҳаи фотоника ҳисоб кард. Сабаби ин вуҷуд дорад: қонунҳои Плато кафолат медиҳанд, ки кунҷҳо танҳо қуллаҳои тетраэдралиро ташкил медиҳанд. Ва ин барои шабакаҳои фотоникӣ як плюси калон аст. Мисоли равшани ин алмос бо PBG XNUMX% мебошад.
Кафк дорои хосияти тетраэдрии координатҳои торҳои алмосӣ мебошад, аммо бо он фарқ мекунад, ки кунҷҳои каҷ ва дарозии пайвандҳои каме нобаробар доранд. Танҳо фаҳмидани он боқӣ мемонад, ки ин фарқиятҳо ба хосиятҳои фотоникӣ чӣ гуна ва то чӣ андоза таъсир мерасонанд.
Агар қабурғаҳои кафкҳои хушки 17D ғафстар карда шаванд, мумкин аст, ки шабакаҳои фотоникӣ (тасвирҳои дар поён) эҷод карда шаванд, ки PBG-ҳои равшани фотоникӣ то XNUMX% -ро нишон медиҳанд, ки бо намунаҳои маъмулии кристаллҳои худсохти фотоникӣ муқоисашаванда ё бартарӣ доранд.
Тасвири №1: Шабакаҳои фотоникӣ, ки тавассути ғафс кардани кунҷҳои сохтори Ware-Phelan (аз чап), сохтори Келвин (марказ) ва кафк C15 (аз рост) ба даст оварда шудаанд.
Барои дар амал чорй намудани ин гуна модел кафки хушкро аввал кристалл карда, баъд бо материали диэлектрикй пушондан лозим аст. Табиист, ки PBG-и кафк нисбат ба кристаллҳои фотоникӣ пасттар хоҳад буд, аммо ин камбудиро метавон тавассути як қатор афзалиятҳо бартараф кард. Аввалан, худидоракунии кафк имкон медиҳад, ки намунаҳои калон истеҳсол карда шаванд. Дуюм, гетероструктураҳои кафк фотоникӣ, ки дар асоси таҳқиқоти қаблӣ, метавонанд доираи васеи барномаҳо дошта бошанд.
Натиҷаҳои омӯзиш
Пеш аз хама кафки хушкро омухтан лозим буд, ки он хамчун минимумхои махаллии минтакаи байнисоха муайян карда мешавад устухон* бо назардошти маҳдудиятҳои ҳаҷм, то геометрияи ниҳоӣ ба қонунҳои Плато итоат кунад.
Трассатсия* — ба кисмхои таркибй таксим кардани тайёра, ки тамоми самолётро бе холигии холй пурра пушонанд.
Барои сохтани кафкҳои Ware-Phelan, Kelvin ва C15, олимон аз tessellations вазншудаи Вороной барои кристаллҳои BCC, A15 ё C15 оғоз карданд.
Диаграммаи Вороной
Параметрҳо тавре интихоб карда шуданд, ки ҳамаи ҳуҷайраҳои ҷудокунӣ ҳаҷми якхела дошта бошанд.
Шабакаҳое, ки аз кунҷҳои каҷшудаи кафкҳо ва аз кунҷҳои рости tessellations пешгузаштаи онҳо ба вуҷуд омадаанд, омӯхта шуданд. Барои арзёбии топологияи ҳама намудҳои кафк, омори занг *.
Омори занг (омори занг)*Таҳлили хусусиятҳои топологии маводи шабакавӣ (моеъҳо, системаҳои кристаллӣ ё аморфӣ) аксар вақт ба назарияи графикӣ бо истифода аз гиреҳҳо барои атомҳо ва пайвандҳо барои пайвастҳои байниатомӣ асос ёфтааст. Набудан ё мавҷудияти робитаи байни ду гиреҳ тавассути таҳлили вазифаҳои тақсимоти пурра ва қисман радиалии система муайян карда мешавад. Дар маводи шабакавӣ пайдарпайии гиреҳҳо ва пайвандҳое, ки ба таври пайдарпай пайвастанд, бидуни такрори такрорӣ роҳ номида мешаванд. Пас аз ин таъриф, ҳалқа танҳо як роҳи пӯшида аст. Агар шумо як гиреҳи шабакаро бодиққат тафтиш кунед, шумо мебинед, ки ин гиреҳ метавонад дар ҳалқаҳои сершумор иштирок кунад. Ҳар яке аз ин ҳалқаҳо бо андозаҳои худ тавсиф карда мешаванд ва метавонанд дар асоси муносибатҳои байни гиреҳҳо ва пайвандҳое, ки онро ташкил медиҳанд, тасниф карда шаванд.
Аввалин роҳи муайян кардани ҳалқаро Ширли В. Кинг дода буд. Барои омӯзиши пайвастагии шишагии SiO2, вай ҳалқаро ҳамчун роҳи кӯтоҳтарин байни ду ҳамсояи наздиктарини гиреҳи додашуда муайян мекунад.
Дар мавриди тадқиқоти мавриди назар, ҳисобҳо оид ба шумораи кӯтоҳтарин ҳалқаҳо дар як қуллаи як ҳуҷайраи воҳид анҷом дода шуданд.
Як ҳуҷайра дар модели Келвин дар як қулла 2 мураббаъ ва 4 шашкунҷа дорад, аммо кафки TCP (тетраэдрӣ бастабандишуда) танҳо чеҳраҳои панҷкунҷа ва шашкунҷа дорад (ба ҳисоби миёна: 5.2 ва 0.78 дар кафкеи Ware-Phelan; 5.3 ва 0.71 дар кафке C15). Tessellations Voronoi A15 ва C15 сохторҳои TCP бо бузургтарин ва хурдтарин шумораи кунҷҳо мебошанд (f) барои 1 ячейка. Ҳамин тариқ, сохтори Ware-Phelan шумораи бештари чеҳраҳо дорад (f = 13 + 1/2) ва C15 камтарин шумораи чеҳраҳо аст (f = 13 + 1/3).
Олимон тайёрии назариявии худро ба итмом расонида, ба моделсозии шабакаи фотоникӣ дар асоси қабурғаҳои кафк хушк, яъне. сети пено-фотон. Муайян карда шуд, ки ҳангоми арзиши PBG 20% иҷрои система ба ҳадди аксар мерасад, аммо дар 15% кафкеи Ware-Phelan ноустувор мегардад. Аз хамин сабаб олимон кафки тарро ба назар нагирифтаанд, ки дар он сархадхои Плато буришхои трикуспид доранд. Ба ҷои ин, таваҷҷӯҳ ба сохторҳои хушки кафк буд, ки дар он олимон ғафсии қабурғаҳоро тадриҷан зиёд карда метавонистанд.
Илова бар ин, ҳар як канор меҳвари миёнаравии сферосилиндр (капсула) мебошад, ки дар он радиус параметри танзимкунанда мебошад.
Муҳаққиқон ба мо хотиррасон мекунанд, ки чунин шабакаҳои кафк ба маънои аслӣ кафк нестанд, аммо ба хотири соддагӣ дар гузориши онҳо онҳо ҳамчун "кафк" ё "шабакаи кафк" номида мешаванд.
Ҳангоми симулятсия параметр ба назар гирифта шуд ɛ (контрасти диэлектрикӣ) - таносуби доимии диэлектрикии масолеҳи дорои қиматҳои изолятсияи баланд ва паст. Баръакси диэлектрикӣ аз 13 то 1 аст, ки одатан дар адабиёт ҳамчун стандарт ҳангоми муқоисаи иҷрои тарҳҳои гуногуни маводи фотоникӣ истифода мешавад.
Барои ҳар як шабака радиуси кунҷҳо (сферосилиндрҳо) барои таносуби максималии фосилаи банд ва миёнаи он оптимизатсия карда мешаванд: ∆ω/ωм, дар куҷо ∆ω паҳнои басомади аст, ва ωм — басомад дар дохили минтака.
Тасвири №2: Сохтори фотоникӣ аз кафке Ware-Phelan (сурх), кафке Келвин (кабуд) ва кафке C15 (сабз).
Баъдан, андозаҳои PBG чен карда шуданд ва муайян карда шуданд: 7.7% барои кафке Келвин, 13.0% барои кафке C15 ва 16.9% барои кафке Ware-Phelan. Кам кардани минтақа андозаи PBG-ро 0.7%, 0.3 ё 1.3% зиёд мекунад.
Тавре ки аз таҳлил маълум шуд, шабакаҳои TCP нисбат ба шабакаҳои Келвин андозаи калонтар PBG доранд. Аз ду шабакаи TCP, кафкеи Ware-Phelan андозаи калонтарини фарохмаҷро дорад, ки эҳтимолан ба тағири камтари дарозии пайванд вобаста аст. Олимон боварӣ доранд, ки фарқият дар дарозии вомбаргҳо метавонад сабаби асосии он бошад, ки дар системаи онҳо, яъне. дар кафк Ware-Phelan, PBG камтар аз алмос (31.6%) ё дар системаи Laves (28.3%) аст.
Як ҷанбаи якхела муҳим дар фотоника изотропияи PBG мебошад, ки имкон медиҳад мавҷгирҳои шакли худсарона эҷод карда шавад. Квазикристалҳои фотоникӣ, инчунин шабакаҳои фотоникӣ аморфӣ, нисбат ба кристаллҳои фотоникӣ бештар изотропӣ мебошанд.
Сохтори кафк-фотонии тадкикшаванда низ дарачаи баланди изотропия дорад. Дар зер формулаи муайян кардани коэффисиенти анизотропия (яъне дараҷаи фарқияти хосиятҳои муҳити муайян) PBG (А):
А: = (√Var[ωHDB]+Var[ωLAB]) / ωm
Муайян карда шуд, ки кафк C15 пасттарин анизотропия (1.0%) ва пас аз он кафк Weir-Phelan (1.2%) дорад. Аз ин рӯ, ин сохторҳо хеле изотропӣ мебошанд.
Аммо сохтори Келвин коэффисиенти анизотропии 3.5% -ро нишон медиҳад, ки ба системаи Laves (3.4%) ва алмос (4.2%) хеле наздик аст. Аммо, ҳатто ин нишондодҳо бадтарин нестанд, зеро системаҳои оддии кубӣ бо коэффициенти анизотропии 8.8% ва шабакаҳои алмосии шашкунҷаи 9.7% мавҷуданд.
Дар амал, вакте ки барои ба даст овардани арзиши максималии ПБГ зарур аст, баъзан параметрхои муайяни физикии сохторро тагйир додан лозим меояд. Дар ин ҳолат ин параметр радиуси сфероцилиндрҳо мебошад. Олимон ҳисобҳои риёзӣ анҷом доданд, ки дар он онҳо муносибати байни фосилаи бандҳои фотоникӣ ва паҳнои онро ҳамчун функсия муайян карданд. ɛ. Барои ҳар як арзиши гирифташуда, радиус барои ҳадди аксар ∆ оптимизатсия карда шудω/ωм.
Тасвири № 3: мукоисаи ∆ω/ωm шабакаҳои кафкҳои омӯхташуда (C15, Kelvin, Weir-Phelan) ва дигар сохторҳо (алмос, алмоси шашкунҷа, Лавс, SC - куби муқаррарӣ).
Кафкаи Weir-Phelan андозаи қобили қабули PBG-ро аз 8% то контрасти диэлектрикӣ нигоҳ медорад ɛ≈9, ва радиус барои ноил шудан ба арзиши максималии PBG 15% зиёд карда шуд. PBGs вақте нопадид мешаванд ɛ < 6.5. Тавре ки интизор мерафт, сохтори алмос дар байни ҳамаи сохторҳои омӯхташуда бузургтарин PBG дорад.
Барои шиносоӣ бо нозукиҳои омӯзиш, ман тавсия медиҳам, ки ба он нигаред и ба ӯ.
Эпилогонӣ
Ҳавасмандии асосии гузаронидани ин тадқиқот хоҳиши ҷавоб додан ба саволи он аст, ки оё шабакаҳои кафк метавонад PBG-ро пурра нишон диҳанд. Ба шабакаҳои фотоникӣ табдил додани кунҷҳои конструкцияҳои кафк хушк нишон дод, ки онҳо метавонанд.
Дар айни замон, кафк сохтори махсусан омӯхташуда нест. Албатта, тадќиќотњое њастанд, ки аз рўи шабакањои аморфї натиљањои хуб медињанд, вале онњо дар объектњои нињоят хурд гузаронида шудаанд. Бо афзоиши андозаҳои он система чӣ гуна рафтор хоҳад кард, номаълум боқӣ мемонад.
Ба гуфтаи муаллифони таҳқиқот, кори онҳо барои ихтирооти оянда имкони зиёде фароҳам меорад. Кафк дар табиат хеле маъмул аст ва истеҳсолаш осон аст, ки ин сохторро барои татбиқи амалӣ хеле ҷолиб мегардонад.
Олимон интернетро яке аз барномаҳои шӯҳратпарасти тадқиқоти худ меноманд. Тавре худи муҳаққиқон мегӯянд, интиқоли маълумот тавассути нахи оптикӣ нав нест, аммо рӯшноӣ то ҳол дар ҷои таъиншуда ба нерӯи барқ табдил меёбад. Маводҳои фосилавии фотоникӣ метавонанд нурро нисбат ба кабелҳои анъанавии нахи оптикӣ дақиқтар равона кунанд ва метавонанд ҳамчун транзисторҳои оптикӣ хидмат кунанд, ки бо истифодаи нур ҳисобкуниро анҷом медиҳанд.
Накшахо чй кадар азим бошанд хам, хануз кори бисьёре дар пеш аст. Аммо на мураккабии гузарондани тадкикот ва на мураккабии татбики тачрибахо шавку хаваси олимон ва майлу хохиши онхоро ба такмил додани олами техника бартараф карда наметавонад.
Ташаккур барои хондан, кунҷков бошед ва рӯзҳои истироҳати хуб дошта бошед, бачаҳо! 🙂
Ташаккур ба шумо барои бо мо мондан. Мақолаҳои мо ба шумо маъқуланд? Мехоҳед мундариҷаи ҷолибтарро бубинед? Бо фармоиш додан ё тавсия додан ба дӯстон моро дастгирӣ кунед, , 30% тахфиф барои корбарони Habr дар аналоги беназири серверҳои сатҳи ибтидоӣ, ки аз ҷониби мо барои шумо ихтироъ шудааст: (бо RAID1 ва RAID10, то 24 ядро ва то 40 ГБ DDR4 дастрас аст).
Dell R730xd 2 маротиба арзонтар? Танҳо дар ин ҷо дар Нидерландия! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - аз $99! Дар бораи хондан
Манбаъ: will.com