See võib kõlada küll veidi kujuteldamatuna, kuid kaks Hispaania füüsikut valmistasid grafeeni akustilise alternatiivi lihtsalt plastmasslehte puuritud kärjelise struktuuri abil. Daniel Torrent ja José Sánchez-Dehesa Valencia Polütehnilisest Ülikoolist väidavad, et nad täheldasid ,,Diraci koonuseid” – grafeenile iseloomuliku elektronriba omadust – helilainetes, mis plastiku pinnal levivad. Kuigi veel on vaja teha palju tööd, enne kui sellest niiöelda grafeeni akustilisest analoogist praktilisi rakendusi saab teha, saaks seda kasutada akustiliste süsteemide parandamisel või isegi grafeeni paremaks mõistmiseks.
Diraci koonuste kuulamine pleksiklaasil.
Torrent ja Sánchez-Dehesa otsustasid uurida, kas Diraci koonustele leidub ka akustiline vastand. Esmalt arvutasid nad välja kärjelise struktuuriga pleksiklaasi pinnal levivate helilainete omadused. Eriti huvitatud olid teadlased lainete dispersiooni suhtest, mis on suhe helilaine energia ning impulsi vahel, kirjutab Physicsworld.com.
Nii Diraci punkti kui ka Diraci koonuste olemasolu näidanud arvutustest selgus, et pinna helilaineid saab kõige paremini kirjeldada Diraci võrrandiga. Antud mudel ennustab kindla Diraci sageduse ja kiirusega pinna-helilainete olemasolu – sellised lained peaksid ainet läbima kergesti ning praktiliselt ilma hajumiseta.
Nende lainete leidmiseks võtsid teadlased 300 x 100 millimeetrise pleksiklaasi tüki ning puurisid sellesse 1113 auku. Iga augu diameeter oli 3mm ning sügavus 3,33 mm. Nagu pildilt ka näha võib, siis oli tulemuseks suure hulga materjali eemaldamine, jättes alles kärje-sarnase struktuuri.
Seejärel ühendati pleksiklaas kõlariga ning heli mõõdeti kahest kohast mikrofonidega. Helideks olid lühikesed heliimpulsid sagedusega 22 kHz ning impulsi intervall umbes 5kHz – need näitajad valiti seetõttu, et materjali ennustatud Diraci sagedus pidi jääma sellesse vahemikku.
Torrent ja Sánchez-Dehesa leidsid, et faasiviivis – igasse mikrofoni jõudvate helilainete aegade vahe – langess teravalt umbes 22 kHz juures, mis teadlaste sõnul langeb kokku Diraci koonuse tipuga. Lisaks märkasid nad, et ka arvutatud lainete dispersioonisuhe näitas Diraci koonuse tippu umbes 22 kHz juures. Täpsemalt leiti Diraci punkti läheduses eksisteeriv impulsi ja energia lineaarne suhe, mis on Diraci koonuse heaks määrajaks.
,,See on väga muljetavaldav, sest teooriast tulenevalt võiks arvata, et sellise Diraci koonuse nägemine akustilises süsteemis nõuaks materjali väga täpset kuju ja ruumala,” lausus MIT teadlane Nicholas Fang uurimuse kohta.
Nii Fangi kui ka töö autorite meelest on veel liiga vara öelda, kas Diraci koonustega materjale saaks ka praktikas rakendada. Üheks võimaluseks võiks aga olla kasutada neid akustilistes läätsedes, mis suudavad koguda heli ilma seda peegeldamata.
Teadusartikkel: “Acoustic Analogue of Graphene: Observation of Dirac Cones in Acoustic Surface Waves“
Leave a Reply