JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.

Caltechin ja ETH Zürichin suunnittelijat ovat luoneet menetelmän, jonka avulla voidaan suunnitella järjestelmällisesti metamateriaaleja käyttäen kvanttimekaniikan periaatteita. Metamateriaalit hyödyntävät sisäisen rakenteensa geometriaa materiaaliin tulevien aaltojen manipuloimiseksi, taivuttamaan esimerkiksi valoa epätavallisella tavalla ja luomaan näin peittolaitteen.

Mekaanisten metamateriaalien suunnittelu - mekaaniset aallot, kuten ääniaallot tai seismiset aallot - ovat edelleen varsin sekava tapahtuma, kertoo professori Chiara Daraio Caltechista.

- Ennen töitämme ei ole ollut järjestelmällistä tapaa suunnitella metalleja, jotka ohjaavat mekaanisia aaltoja eri sovelluksissa. Sen sijaan niitä suunnitellaan kokeilun ja luonnossa nähtyjen ideoiden perusteella, hän sanoo.

Kvanttimekaniikka sen sijaan ennustaa jo olemassa olevien eksoottisten materiaalityyppien olemassaoloa. Tällainen on esimerkiksi topologinen eriste.

Kvanttimekaniikassa materiaaleja voidaan joskus kuvata vuorovaikutteisten hiukkasten kokonaisuutena. Järjestelmän kuvailussa jokainen hiukkanen on pieni massa, joka on liitetty naapureihinsa jousilla ja jokainen hiukkanen reagoi tuleviin aaltoihin tavalla, joka määräytyy osittain sen naapureiden reaktiosta.

Tutkijoiden lähestymistavassa sovelletaan tätä massa- ja jousimallia makroskooppisiin, elastisiin materiaaleihin. Kun saapuva aalto iskee, jokainen toistuva rakenne metamateriaalissa voi muuttaa muotoaan useilla eri tavoilla. Muodonmuutosta ohjaa rakenteen geometria ja se, miten rakenteet ovat yhteydessä toisiinsa ja miten ympärillä olevat muut rakenteet reagoivat.

Konseptin teoreettisena todistuksena ryhmä suunnitteli metamateriaaleja millimetrien kokoisista levyistä. Erilaisten viritysten avulla ryhmä loi täydellisen akustisen linssin, joka keskittää ääntä ilman signaalin hävikkiä.

Vaikka työ on teoreettinen ja validoitu tietokonesimulaatioilla, ETH:n kumppanit käyttivät menetelmää piikiekkoon, joka koostuu sadasta pienestä levystä. Ne oli liitetty toisiinsa ohuiden palkkien kautta.

Kun kiekkoa stimuloidaan ultraäänellä, vain kulmissa olevat levyt värähtelevät - muut levyt pysyvät paikallaan liitoksistaan huolimatta. Kun rakennetta stimuloitiin yhdessä pisteessä, ETH:n tutkijat onnistuivat luomaan korkeamman asteen topologisen eristeen.

Rakennetta voitaisiin käyttää tarkkana aaltojohteena optisessa tai sähköisessä tietoliikenneverkossa. Edelleen jos konsepti voitaisiin laajentaa kolmanteen ulottuvuuteen, jolloin informaatiota tai energiaa voitaisiin siirtää pisteestä A pisteeseen B yksiulotteisessa kanavassa. Eli sovellukset laajenisivat myös esimerkiksi energian keruuseen.

Veijo Hänninen
Nanobittejä 7.2.2018

 
 

Pelottaako kuvien varmuuskopiointi verkkoon? Harkitse omaa pilveä

Viime vuonna otettiin huikeat 1,2 biljoonaa eli 1200 miljardia digitaalista valokuvaa1, joista noin 85 prosenttia älypuhelimilla. Kuvat säilyttävät muistojamme, jotta voimme palata myöhemmin niihin hetkiin, jotka muovaavat elämäämme ja kertovat tarinoitamme perheellemme ja ystävillemme. Puhelimen kadottaminen saattaa kuitenkin tarkoittaa myös näiden arvokkaiden muistojen hukkaamista. Niinpä on ehdottoman tärkeää varmistaa, että niistä on varmuuskopio.

Lue lisää...

IoT-suunnittelusta demokraattisempaa – avoimen koodin korteilla ja yhteisöjen tuella

Avoimen koodin ohjelmistojen rinnalle ovat tulossa avoimen koodin laitteistot ja kortit. Niiden ja suunnittelijayhteisöjen avulla yhä useampi rakentelija voi saada IoT-suunnittelunsa valmiiksi tuotteeksi asti.

Lue lisää...
 
ETN_fi Langaton anturi kertoo betonin kosteuden https://t.co/QF085IazLJ @MatoEngineering @japikas @FinnBuild
ETN_fi Phoenix Contact ostaa kaksi saksalaista yritystä: SKS Kontakttechnik keskittyy sähkömekaniikkaan, Pulsotronic GmbH… https://t.co/AfQDWxGQ6x
ETN_fi First truly black solar modules roll off industrial production line @AaltoUniversity https://t.co/ym11lOA2lL
ETN_fi Telian toimitusjohtaja: 5G-datassa kokeillaan uusia hintamalleja https://t.co/we8ryxGl4D @teliafinland
 
 

ny template