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.
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.
В янтаре сохранились не только перья динозавров, но и пившие их кровь насекомые мелового периода.
Поток новостей показывает каждое научное открытие как необычно важное, отчего бывает сложно выделить самые значимые. Вот наша версия десятки самых выдающихся научных достижений года. Расскажем о них поподробнее.
Спутниковые снимки показывают: отказ от пахоты в Штатах ведет к росту урожайности при снижении затрат. Россия, где был создан этот метод, сегодня его почти не применяет. Разбираемся, почему так получилось и чем он лучше традиционной вспашки.
Меняющаяся структура глобального рынка автомобилей приведет к массовым сокращениям.
Эксперты измерили радиолокационную заметность нового шведского корвета типа «Висбю»: она оказалась чрезвычайно малой.
Конспирологические теории давно вышли за пределы камерных форумов в Сети и разговоров на кухнях – сегодня о них можно прочитать в газетах и услышать по ТВ. Их сторонники считают, что Земля плоская, первые лица государств – инопланетяне-рептилоиды, а ВИЧ выдумали фармакологические компании. Разберемся, какие особенности нашего восприятия делают конспирологию такой привлекательной и может ли вера в мировой заговор нанести реальный ущерб.
Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.
В 2017 году от рака умерло 9,6 миллиона человек, и с каждым годом эта цифра будет расти. Есть ли способы остановить наступление этой болезни на человеческие жизни?
Меняющаяся структура глобального рынка автомобилей приведет к массовым сокращениям.
