क्रिस्टल ध्वनि निगल जाता है

नई सामग्री एक ही समय में ध्वनि तरंगों और प्रकाश के साथ बातचीत कर सकती है

कोलाइडल क्रिस्टल में प्रक्रियाओं का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व। सामग्री केवल कुछ तरंग दैर्ध्य (मध्य छवि), लंबी (दाएं) या छोटी (बाएं) के लिए अपारदर्शी है जो इसे पीछे छोड़ती है। पॉलिमर अनुसंधान के लिए © MPI
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एक ग्लास प्लेट, सिलिकॉन तेल और तथाकथित पॉलीस्टायर्न मोती - इन सरल घटकों से, शोधकर्ताओं ने एक क्रिस्टल बनाया है जो पहली बार ध्वनि तरंगों को गीगाहर्ट्ज़ रेंज में आवृत्तियों के साथ ब्लॉक कर सकता है। सामग्री की संरचना इतनी ठीक है कि यह प्रकाश तरंगों के साथ भी बातचीत करती है।

मैन्ज़ में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर पॉलिमर रिसर्च के वैज्ञानिक भी आवृत्ति अंतराल की स्थिति और चौड़ाई को मापने में सफल रहे कि क्रिस्टल एक विशेष उच्च-रिज़ॉल्यूशन स्पेक्ट्रोस्कोपी विधि के माध्यम से बहुत सटीक रूप से निगलता है। जर्नल नेचर मटीरियल्स के शोधकर्ताओं के अनुसार इस तरह की सामग्री का उपयोग ध्वनि संकेत, सुपर-लेंस या थर्मल बैरियर के निर्माण के लिए किया जा सकता है।

एक खिड़की जो लगातार राजमार्ग के शोर को रोकती है, लेकिन पक्षियों को शुद्ध - फोंोनिक क्रिस्टल छोड़ देती है। ऐसे क्रिस्टल कुछ आवृत्तियों के साथ ध्वनि तरंगों को अवरुद्ध करते हैं, अन्य आवृत्तियां आसानी से सामग्री में प्रवेश करती हैं। आवृत्ति रेंज जो क्रिस्टल को पारित नहीं कर सकती है उसे बैंडगैप कहा जाता है।

नए भौतिक क्षेत्र में उन्नति

कोलाइडल क्रिस्टल सतह के इस इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ पर समान रूप से व्यवस्थित पॉलीस्टाइन क्षेत्रों को देखा जा सकता है, जिसका व्यास 256 किलोमीटर है। पॉलिमर अनुसंधान के लिए © MPI

अभी तक श्रव्य ध्वनि (20Hz से 20kHz) या अल्ट्रासाउंड (20kHz से 100MHz) के लिए बैंड गैप के साथ केवल ध्वन्यात्मक क्रिस्टल मौजूद हैं। पहली बार, मेनज शोधकर्ताओं ने एक क्रिस्टल का उत्पादन किया जो हाइपरसोनिक तरंगों को दर्शाता है, अर्थात गीगाहर्ट्ज़ रेंज में आवृत्तियाँ। चूँकि इसमें अनगिनत नैनोमीटर के आकार के कण, तथाकथित कोलाइड्स होते हैं, इसलिए इसे कोलाइडल क्रिस्टल कहा जाता है। इस प्रकार, वैज्ञानिकों ने बैंड अंतराल के अनुसंधान में एक महत्वपूर्ण प्रगति की। "इस तरह की सामग्रियों में कई प्रभाव अभी भी अस्पष्टीकृत हैं, " प्रोजेक्ट लीडर उलरिक जोनास कहते हैं, "हम नए भौतिक क्षेत्र में प्रवेश कर रहे हैं।"

क्योंकि छोटी हाइपरसोनिक तरंगों में दिलचस्प गुण होते हैं जो उन्हें अपने लंबे रिश्तेदारों से स्पष्ट रूप से अलग करते हैं। ध्वनि और अल्ट्रासोनिक तरंगों के विपरीत, जो हमेशा एक बाहरी स्रोत से आते हैं, हाइपरसोनिक तरंगें क्रिस्टल में ही परमाणुओं की थर्मल गति से, अन्य चीजों के कारण होती हैं। यहां तक ​​कि इन्सुलेट सामग्री गीगाहर्ट्ज़ रेंज में ध्वनिक तरंगों के माध्यम से गर्मी संचारित करती है। यदि इन तरंगों की गति को प्रभावित किया जा सकता है, तो यह सीधे तापीय चालकता को प्रभावित करता है। यह प्रभाव अत्यधिक प्रभावी थर्मल बाधाओं द्वारा शोषण किया जा सकता है। प्रदर्शन

इसके अलावा, गीगाहर्ट्ज़ रेंज में अवशोषित होने वाले क्रिस्टल में प्रकाश और ध्वनि के लिए बैंड अंतराल होते हैं। इसी समय, इस प्रकार यह नियंत्रित करना संभव है कि सामग्री में ध्वनिक और ऑप्टिकल तरंगें कैसे जारी रहती हैं और एक दूसरे के साथ बातचीत करती हैं। यह अनूठी विशेषता आपको ऑप्टिकल मॉड्यूलेटर या भविष्य में ध्वनिक लेजर डिजाइन करने की अनुमति दे सकती है।

बैंड अंतराल की चौड़ाई निर्धारित करें

फॉनोनिक क्रिस्टल में समान रूप से उच्च लोच और कम लोच वाले अनुभाग होते हैं। ध्वनि तेज़ और धीमी है - ध्वनि तरंगों के लिए रुकें और जाएं। सामग्री ध्वनि तरंगों को अवरुद्ध करती है जिनकी तरंगदैर्ध्य तब तक होती है जब तक क्रिस्टल में विभिन्न लोच के क्षेत्र एक दूसरे से अलग हो जाते हैं। हाइपरसोनिक रेंज में बहुत कम तरंग दैर्ध्य के साथ बैंड अंतराल के लिए, वैज्ञानिकों को इसलिए नैनोमीटर पैमाने में एक आवधिक पैटर्न उत्पन्न करना पड़ता है, जबकि ध्वनि की आवृत्ति सेंटीमीटर में मापी जा सकती है माइक्रोमीटर आकार की संरचनाओं के दसियों तक अल्ट्रासाउंड मिलीमीटर के लिए पर्याप्त हैं।

कोलाइडल क्रिस्टल की उत्पादन प्रक्रिया। बाईं ओर आप देख सकते हैं कि पॉलीस्टाइन गोले खुद को कैसे व्यवस्थित करते हैं। पॉलिमर अनुसंधान के लिए एम.पी.आई.

मेंज शोधकर्ताओं के फोनोनिक क्रिस्टल में, नैनोमीटर के आकार के पॉलीस्टायर्न गोले (पॉलीस्टाइन और पॉलीस्टायरीन से बने) और सिलिकॉन तेल ध्वनि के विभिन्न वेगों के साथ दो चरण बनाते हैं। छोटी गेंदें कांच की प्लेट पर खुद को नियमित रूप से व्यवस्थित करती हैं, जबकि शोधकर्ता उन्हें पॉलीस्टीरिन गेंदों के जलीय निलंबन से बाहर निकालते हैं। फिर वैज्ञानिकों ने नमूने को सुखाया और इसे सिलिकॉन तेल से गीला कर दिया। गेंद के आकार या गीला तरल को बदलकर, वे बैंड अंतराल की स्थिति और चौड़ाई को समायोजित कर सकते हैं।

बैंड अंतराल को मापने के लिए, वैज्ञानिकों ने पहली बार एक अपेक्षाकृत नई विकसित विधि का उपयोग किया: उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाला ब्रिलोइन स्पेक्ट्रोस्कोपी, जो प्रकाश के प्रकीर्णन पर आधारित है। इस तकनीक का उपयोग करके, वे असाधारण रिज़ॉल्यूशन के साथ मापने में सक्षम थे जो ध्वनि तरंगें नैनोस्ट्रक्चर किए गए क्रिस्टल में फैल सकती थीं और जो नहीं हो सकती थीं। उच्च माप सटीकता भी उच्च संकल्प अल्ट्रासाउंड इमेजिंग के लिए ध्वनिक अतिमानव उत्पादन के लिए शर्त बनाता है।

शोधकर्ताओं ने इसलिए हाइपेरिक साउंड में एक बैंड गैप के साथ एक उपन्यास सामग्री विकसित की और अभूतपूर्व सटीकता के साथ इन बैंड अंतरालों को मापा। "हम अब गेंद सामग्री को अलग करने और कई टेप अंतराल बनाने की कोशिश कर रहे हैं, " डॉ कहते हैं। जोनास आउटलुक, "हम सामग्री को तकनीकी अनुप्रयोगों के अनुकूल बनाना चाहते हैं।"

(आईडीडब्ल्यू - एमपीजी, १०.११.२००६ - डीएलओ)