Professor Martin Wegneri juhitud teadustöö meeskond Karlruhe Tehnoloogiainstituudist realiseeris uue aineklassi, tootes stabiilse kristallilise metavedeliku – pentamood-metaaine ( ing.k. pentamode metamaterial). Uute nanostruktureerimismeetodite abil on nüüd esmakordselt võimalik neid aineid realiseerida iga väljamõeldava mehaanilise omadusega. Teadustöö tulemused avaldati teadusajakirjas Applied Physics Letters.
Võib kujundlikult väita, et Rubicon ületati viimase paari kuu jooksul DFG Funktsionaalsete Nanostruktuuride keskuses ja Karlsruhe Rakendusfüüsika Instituudis. Lõpuks võivad lähitulevikus saada reaalsuseks arvukad kolmemõõtmelised transformatsiooniakustika ideed, näiteks kuuldamatuse keebid, akustilised prismad või uued kõlarite valmistamise ideed, kirjutab ScienceDaily.com.
Pentamood-metaained käituvad peaaegu vedelikena. Nende tootmine avab uusi võimalusi ülekandeakustika vallas. Pilt: CFN, KIT
Seni on 1995.aastal Graeme Miltoni ja Andrej Cherkaevi välja pakutud pentamoodide idee olnud puhtalt teoreetiline – ainete, näiteks kulla või vee mehaaniline käitumine väljendub kokkusurve ja nihke parameetrite tingimustes. Nähtust, et vett on vaevu võimalik silindris kokku suruda, kirjeldatakse survemuutuja kaudu. Samal ajal väljendatakse tõsiasja, et vett on võimalik lusikaga kõigis suunas segada, nihkeparameetrite abil.
Vanakreeka keelest tuletatud sõna penta tähendab viit. Vee puhul võrduvad viis nihkeparameetrit nulliga ja ainus survemuutuja erineb sellest väärtusest. Parameetrite mõistes vastab pentamood-metaaine ideaalolek vee olekule, mistõttu sellele ainele viidatakse kui metavedelikule.Teoreetiliselt on võimalik saavutada iga väljamõeldavat mehaanilist omadust, kui varieerida olulisi muutujaid.
„Pentamood-metaaine realiseerimine on umbes sama keeruline kui nööpnõeladest tellingute ladumine, kusjuures need võivad omavahel ainult otsadest kokku puutuda,“ selgitas uurimustöö esimene autor Muamer Kadic ja jätkas: „Karlsruhe prototüüp valmistati polümeerist. Aine mehaanilise käitumise määravad üksikute „suhkrupeade“ teravus ja pikkus. Ühest küljest peame me olema võimelised kavandama väikeseid, nanomeetri ulatuses suhkrupäid ning neid üksteisega õige nurga all ühendama. Teisest küljest peab terve struktuur lõpptulemusena saama võimalikult suureks. Kuna aine ise moodustab vastavast mahust vaid veidi üle ühe protsendi, on saavutatav ühend ülikerge.“
„Sarnaste kolmemõõtmeliste ülekande tulemuste saavutamiseks, nagu optika puhul, sõltub akustika üksnes metaainetest. Selle valguses on meie valmistatud esimene pentamood-metaaine üsna märkimisväärne kordaminek,“ lisas Tiemo Bückmann, kes oli vastutav uue aine struktuuri realiseerimise eest, rakendades „sisse kastetavat“ laserkirjutuse meetodit, mis tuletati otsesest laserkirjutamisest.
Viimaste aastate vältel on professor Martin Wegener koos kaastöötajatega välja arendanud otsese laserkirjutamise meetodi, ning sellel põhineva kolmemõõtmeliste nanostruktuuride optilise litograafia. Tänu sellele tehnikale on ellu viidud arvukaid saavutusi, sealhulgas esimene kolmemõõtmeline nähtamatuse keep nähtava valguse ulatuses.
Teadusartikkel: „On the practicability of pentamode mechanical metamaterials“
Leave a Reply