บาคาร่าเว็บตรง เศษส่วนตาข่าย ความก้าวหน้าทางทอพอโลยี: ภาพประกอบของโครงตาข่าย Sierpinski 3 มิติ ฉนวนทอพอโลยีสำหรับแสงถูกสร้างขึ้นโดยใช้รูปแบบเศษส่วนแทนโครงสร้างขัดแตะแบบเดิม fractal photonic topological insulators (PTIs) สร้างขึ้นโดยทีมนักวิจัยนานาชาติ ซึ่งได้แสดงให้เห็นว่าแสงเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าตามขอบของโครงสร้างเหล่านี้มากกว่าที่ทำกับ PTI ทั่วไป
การค้นพบนี้ยังท้าทายภูมิปัญญาดั้งเดิม
เนื่องจาก Fractal PTIs ไม่มีแถบแสงจำนวนมาก ซึ่งปกติมองว่าเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ PTI โทโพโลยีเป็นสนามคณิตศาสตร์ในขั้นต้น แต่เติบโตขึ้นอย่างหนาแน่นในวิชาฟิสิกส์ นับตั้งแต่การค้นพบฉนวนทอพอโลยี วัสดุที่เป็นฉนวนไฟฟ้าเป็นกลุ่มแต่นำไฟฟ้าที่ขอบ PTIs เป็นอะนาล็อกเชิงแสงของฉนวนทอพอโลยีและสนับสนุนการแพร่กระจายของแสงทางเดียวบนขอบ ใน PTI แสงจะถูก “บังคับ” ให้แพร่กระจายไปในทิศทางเดียวเท่านั้น เนื่องจากไม่สามารถกระเจิงไปข้างหลังได้แม้ว่าจะมีข้อบกพร่องเล็กน้อยก็ตาม การใช้งานที่เป็นไปได้ของ PTI ได้แก่เลเซอร์ทอพอโลยีซึ่งสามารถปฏิวัติการคำนวณด้วยแสงและโฟโตนิกส์แบบบูรณาการ
เศษส่วนทำให้เร็วขึ้น
PTIs มักทำจากโครงสร้างที่เรียกว่าผลึกโฟโตนิกซึ่งมีผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์จากการชะลอความเร็วของแสง ผลที่ตามมาโดยตรง พลังงานและข้อมูลที่ได้รับจากแสงจึงล่าช้า เพื่อแก้ปัญหานี้Tobias Biesenthal และเพื่อนร่วมงานที่ University of Rostock ในเยอรมนี Zhejiang University ในประเทศจีนและสถาบันเทคโนโลยี Technion-Israel ของอิสราเอลได้ใช้เศษส่วนเพื่อสร้าง PTI แฟร็กทัลเป็นโครงสร้างที่คล้ายคลึงกันซึ่งรูปแบบที่เหมือนกันจะทำซ้ำในมาตราส่วนความยาวที่เล็กกว่าและเล็กกว่า สามารถใช้เพื่ออธิบายเอนทิตีที่ซับซ้อน เช่น เกล็ดหิมะ และคำนวณความยาวของแนวชายฝั่งของประเทศ
ฉนวนทอพอโลยี 3 มิติ โฟโตนิก
คุณสมบัติที่สำคัญของเศษส่วนคือการไม่มีส่วนภายใน แต่กลับเต็มไปด้วยขอบ การไม่มีวัสดุจำนวนมากนี้หมายความว่าเศษส่วนจะไม่ทำให้แสงช้าลงมากเท่ากับวัสดุทั่วไป อันที่จริง Biesenthal และเพื่อนร่วมงานได้สร้าง PTI ด้วยรูปแบบ Sierpinski (ดูรูป) และแสดงให้เห็นว่าแสงเคลื่อนที่รอบตัวได้เร็วกว่าใน PTI ทั่วไป 11%
บทใหม่สำหรับโทโพโลยีฟิสิกส์
อย่างไรก็ตาม แสงที่เร็วกว่าไม่ใช่ผลลัพธ์ที่สำคัญที่สุดของงานนี้ คุณสมบัติของฉนวนทอพอโลยีมักจะถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของภายใน – “การโต้ตอบแบบแบ่งเขตจำนวนมาก” สิ่งนี้ทำให้การตกแต่งภายในมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการได้รับเอฟเฟกต์ทอพอโลยี ในงานวิจัยล่าสุดนี้ บีเซนธาลและคณะได้แสดงให้เห็นว่า ตรงกันข้ามกับความเชื่อที่นิยม PTI สามารถเป็นโครงสร้างที่ไม่มีกลุ่มจริงได้ ดังนั้น Fractal PTIs ใหม่เหล่านี้เป็นวัสดุประเภทใหม่ที่สามารถเปิดประตูสู่ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับฟิสิกส์เชิงทอพอโลยีและการใช้งานในอนาคต
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยไรซ์ในสหรัฐอเมริกาได้เสนอวิธีใหม่ในการควบคุมคุณสมบัติทางแม่เหล็กและอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุสองมิติชั้นเดียวที่เกี่ยวข้องกับการเติบโตหรือปั๊มบนพื้นผิวลูกคลื่นที่ออกแบบมาอย่างพิถีพิถัน วิธีการนี้อาจเป็นทางเลือกที่ง่ายกว่าสำหรับเทคนิค “บิด” ที่ซับซ้อน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการหมุนสองชั้นที่ซ้อนกันด้วยความเคารพซึ่งกันและกัน
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักฟิสิกส์ได้ทดลองเทคนิคต่างๆ ที่ใช้การมีเพศสัมพันธ์แบบอ่อนระหว่างชั้นของวัสดุ 2D เพื่อเปลี่ยนพฤติกรรมของวัสดุ ตัวอย่างหนึ่งที่น่าทึ่งคือ twistronics ซึ่งผู้ทดลองปรับเปลี่ยนคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุ 2D โดยเปลี่ยนมุมระหว่างชั้นต่างๆ ตัวอย่างเช่น กราฟีน (แผ่นอะตอมคาร์บอน 2 มิติ) ปกติไม่มีช่องว่างแถบอิเล็กทรอนิกส์ แต่จะพัฒนาช่องว่างหนึ่งเมื่อนำไปสัมผัสกับวัสดุ 2 มิติอื่น
โบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยม (hBN)
ผลกระทบที่ไม่ปกตินี้เกิดขึ้นเนื่องจากกราฟีนและ hBN มีค่าคงที่ขัดแตะที่คล้ายกัน ซึ่งเมื่อนำพวกมันมารวมกันเป็นลวดลายที่เรียกว่าซุปเปอร์แลตทิซมัวร์ หากชั้นบิดเบี้ยวผิดตำแหน่ง ช่องว่างของสายรัดจะหายไป ดังนั้น กราฟีนสามารถปรับจากสถานะโลหะเป็นสารกึ่งตัวนำเพียงแค่เปลี่ยนมุมของชั้น อันที่จริงในปี 2018 นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ค้นพบว่าการวางกราฟีนสองชั้นร่วมกับการหมุนสัมพัทธ์ 1.1° ซึ่งเรียกว่า “มุมมหัศจรรย์” จะเปลี่ยนวัสดุโลหะตามปกติให้กลายเป็นตัวนำยิ่งยวด
รัดตาข่ายของวัสดุอย่างเป็นธรรมชาติ
ในงานใหม่นี้ ทีมงานที่นำโดยBoris Yakobsonแสดงให้เห็นว่าเพียงแค่ปั๊มหรือปลูกวัสดุ 2D บน hBN ลงบนพื้นผิวที่เป็นหลุมเป็นบ่อจะดึงตาข่ายของวัสดุโดยธรรมชาติ ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าเทียมและสนามแม่เหล็กที่สามารถใช้ควบคุมแม่เหล็กและไฟฟ้าได้ คุณสมบัติโดยไม่ต้องบิด นักวิจัยพบว่าความเครียดสร้างสถานะแถบ “แบน” ที่ทำให้ hBN ที่เป็นฉนวนตามปกติกลายเป็นเซมิคอนดักเตอร์ สถานะเหล่านี้เป็น 1D ในธรรมชาติ ซึ่งแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากที่ได้รับจากวัสดุบิดเกลียว และสามารถนำไปใช้ในการศึกษาฟิสิกส์ที่น่าตื่นเต้นของระบบควอนตัม 1D ได้
ข้อดีของเทคนิคนี้ ซึ่งนักวิจัยอธิบายไว้ในNature Communicationsคือ การเสียรูปสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำโดยใช้กระบวนการมาตรฐาน เช่น การพิมพ์หินด้วยลำแสงอิเล็กตรอนเพื่อสร้างลวดลายบนพื้นผิว “อันที่จริง การสร้างพื้นผิวที่เป็นหลุมเป็นบ่อโดยใช้กระบวนการนี้ง่ายกว่ามากในปัจจุบันที่จะบิด 2D bilayers ของ graphene หรือโครงสร้าง heterostructure อื่น ๆ เช่น hBN ให้มีความแม่นยำน้อยกว่าระดับเดียว” Sunny Guptaนักวิจัยดุษฎีบัณฑิตจาก Rice and กล่าว ผู้เขียนร่วมของการศึกษา
นักวิจัยได้พัฒนารูปแบบการคำนวณของการเสียรูปที่เปรียบเทียบกับการห่อกระดาษรอบลูกบอล Yakobson อธิบาย “เป็นไปไม่ได้ที่จะทำสิ่งนี้โดยไม่ทำให้กระดาษยับ” เนื่องจากภูมิประเทศที่แตกต่างกัน (รูปแบบความโค้ง) เพื่อให้ยึดติดกับลูกบอลโดยหลักการแล้วแผ่นกระดาษควรมีการเสียรูปอย่างมาก (หากไม่อนุญาตให้ฉีกขาด) ในทำนองเดียวกัน วัสดุ 2D แบบเรียบเมื่อปลูกหรือประทับตราบนพื้นผิวที่มีภูมิประเทศที่แตกต่างกันจะถูกทำให้ตึงเครียดและปรับคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุดังกล่าว” บาคาร่าเว็บตรง
