Паучий шелк оказался естественным фильтром фононов — Naked Science
26.07.2016
5 минут

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.

Позавчера, 15:33
40 минут
Александр Березин

Женщины заводят ребенка не от мужа тем чаще, чем ниже его социальная ценность. Попробуем разобраться, как биология подталкивает их к изменам и почему моногамия имеет все шансы на реванш.

Сегодня, 12:57
6 минут
Сергей Васильев

Эксперименты снова указали на существование частицы Х17 — загадочного бозона-переносчика еще неизвестного фундаментального взаимодействия.

8 часов назад
4 минуты
Никита Шевцов

Врачи впервые поместили людей в состояние анабиоза для спасения жизни пациента. Разрешение на это дало Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США.

15 ноября
6 минут
Никита Шевцов

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.

18 ноября
4 минуты
Сергей Васильев

Накопление эпигенетических модификаций ДНК позволило провести параллели между возрастом собак и людей и найти новую формулу для пересчета одного в другой.

Позавчера, 15:33
40 минут
Александр Березин

Женщины заводят ребенка не от мужа тем чаще, чем ниже его социальная ценность. Попробуем разобраться, как биология подталкивает их к изменам и почему моногамия имеет все шансы на реванш.

15 ноября
6 минут
Никита Шевцов

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.

18 ноября
4 минуты
Сергей Васильев

Накопление эпигенетических модификаций ДНК позволило провести параллели между возрастом собак и людей и найти новую формулу для пересчета одного в другой.

Позавчера, 15:33
40 минут
Александр Березин

Женщины заводят ребенка не от мужа тем чаще, чем ниже его социальная ценность. Попробуем разобраться, как биология подталкивает их к изменам и почему моногамия имеет все шансы на реванш.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: