Паучий шелк оказался естественным фильтром фононов — Naked Science
26.07.2016
4 минуты
198

Паучий шелк оказался естественным фильтром фононов

Паутина является первым известным биоматериалом, который позволяет регулировать фононную «запрещенную зону» с помощью показателя натяжения волокна. К такому выводу пришла международная группа физиков из США, Сингапура и Европы.

spidersilk

Паучий шелк представляет собой иерархическую белковую структуру, компоненты которой формируют листы и кристаллы. Последние связаны между собой аморфными цепочками, обеспечивающими растягивание паутины без нарушения целостности. Также паучий шелк способен передавать широкий спектр звуков и вибраций, предполагается, что таким образом животные взаимодействуют между собой и определяют наличие в паутине пищи. В новом исследовании ученые обнаружили способность шелка гасить отдельные звуковые волны в зависимости от натяжения волокна.

 

Акустические показатели паутины авторы проанализировали с помощью метода бриллюэновской рефлектометрии. Технология позволила генерировать фононы посредством света, поглощать их, а также наблюдать за их перемещением внутри объекта. Результаты показали, что скорость проводимости фононов на коротком волокне на 15% ниже, чем обычно, при этом ширина фононных частот, которые могли быть заблокированы, выросла на треть. При натяжении паутины скорость фононов повышалась на 27%, а диапазон блокировки снижался на 33%. Стандартная «запрещенная зона» шелка находилась в районе 14,8 гигагерц, ее ширина составляла около 5,2 гигагерц.

 

«Фононные кристаллы позволяют манипулировать звуком, и если вы получите звуковую волну достаточно малую и высокочастотную, то сгенерируете тепло. Если вы в состоянии управлять потоками тепла или глушить их, сможете и создать теплоизолятор, которого прежде не существовало», — сообщил соавтор работы Эдвин Томас.

 

По его словам, находка может лечь в основу перестраиваемых метаматериалов, например фононных волноводов и новых систем тепло- и звукоизоляции. Томас отметил, что их исследование помогло впервые открыть «сверхзвуковую запрещенную зону в биологическом материале».

 

Фонон — квазичастица с нулевым спином, представляющая собой квант колебательного движения, или звуковых волн, атомов кристалла. Посредством фононов, в частности, описывается механизм распространения тепла в твердых телах на атомарном уровне.

 

Ширина запрещенной зоны — термин из физики твердого тела, связанный с электрическими свойствами объектов и применяемый, например, к металлам и полупроводникам. Под шириной запрещенной зоны понимается минимальная энергия, необходимая для перехода электрода из валентной зоны в зону проводимости.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 14:57
3 минуты
Денис Гордеев

Вирус, который уже унес жизни 41 человека, породил новую волну популярности к игре 2012 года.

Вчера, 14:48
26 минут
Александр Березин

Земная атмосфера 2,7 миллиарда лет назад состояла в основном из углекислого газа — и было его там до тысячи раз больше, чем сегодня. При этом азота почти не было, хотя сегодня его в воздухе 78%. Выходит, наша газовая оболочка по составу была близка к марсианской. Как ни странно, эти дела давно минувших дней актуальны для ответа на вопрос о будущем выживании человечества. Похоже, предсказание Стивена Хокинга о гибели всего живого из-за превращения Земли в Венеру не сбудется. Разбираемся, почему так и как одно связано с другим.

Вчера, 13:56
4 минуты
Илья Ведмеденко

Американские военные пришли к выводу, что новейший эсминец можно эксплуатировать в условиях больших волн. Безопасность корабля в значительной степени объясняется его конструкцией, обеспечивающей малозаметность.

Позавчера, 14:57
3 минуты
Денис Гордеев

Вирус, который уже унес жизни 41 человека, породил новую волну популярности к игре 2012 года.

24 января
35 минут
Александр Березин

Новый коронавирус — «родственник» старой атипичной пневмонии — уже привел к смерти 26 человек. Считается, что им может быть заражено несколько тысяч. И точно известно, что эпидемия вышла за пределы Китая. Но это не повод впадать в панику. Мы собрали всю известную информацию и попробовали ответить на главные вопросы о новой болезни.

23 января
8 минут
Мария Азарова

Специалисты подтвердили, что очагом возникновения инфекции стал оптовый рынок в городе Ухань, где продавали не только морепродукты, но и животных, в том числе змей и летучих мышей. Именно они могли быть источниками опасного коронавируса.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

Позавчера, 14:57
3 минуты
Денис Гордеев

Вирус, который уже унес жизни 41 человека, породил новую волну популярности к игре 2012 года.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: