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, 11:57
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.

Позавчера, 15:31
4 минуты
Илья Ведмеденко

По оценкам американских специалистов, одно место на пилотируемой версии корабля Dragon стоит 55 миллионов долларов. Это намного дешевле стоимости одного места на аппаратах серии «Союз».

Позавчера, 14:05
7 минут
Полина Гершберг

Новая работа предложила объяснение того, как могущественное государство погибло при нападении более слабых соседей.

Позавчера, 11:57
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.

12 ноября
4 минуты
Никита Шевцов

Ученые использовали современные методы анализа и создали тест, который может определить, принимал ли человек наркотики, даже после того, как он тщательно вымыл руки.

13 ноября
18 минут
Александр Березин

Гибель десятков человек от вейпинга объяснили витамином Е. Попробуем разобраться в странной истории о массовой болезни молодых вейперов.

Позавчера, 11:57
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.

12 ноября
4 минуты
Никита Шевцов

Ученые использовали современные методы анализа и создали тест, который может определить, принимал ли человек наркотики, даже после того, как он тщательно вымыл руки.

13 ноября
18 минут
Александр Березин

Гибель десятков человек от вейпинга объяснили витамином Е. Попробуем разобраться в странной истории о массовой болезни молодых вейперов.

[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: