世界で最も奇妙なトランポリンは跳ねません。左右に揺れ、角を滑ることさえあります。しかし、高さは1ミリにも満たないので誰も飛び乗ることができません。
物理学者が画期的なフォノン導波路として機能するナノスケールのトランポリン状デバイスを開発
幅わずか 0.2 ミリメートルの非常に小さなトランポリンで、表面はこれまで見たことのないものよりも薄く、厚さはわずか 1000 万分の 2 ミリメートル程度です。丸い三角形の穴が等間隔に空いており、ユニークなパンチングデザインとなっています。繊細な見た目とは裏腹に、このトランポリンはほとんど止められません。一度動き始めると勢いがほとんど衰えず、長時間振り続けることができます。
ただし、通常のトランポリンのように上下に跳ねるだけではありません。その表面のさまざまな領域は、横方向を含むさまざまな方向に移動します。中央には、より熱狂的なアクションが繰り広げられる小さなエリアである「トランポリンの中のトランポリン」もあります。ここでは、動きは正確な三角形の経路をたどり、振動が完全に角を丸めることができます。これは物理学では珍しいことです。
それでは、誰もジャンプできないトランポリンを設計する意味はあるのでしょうか?もちろん、この構造は人間のために設計されたものではありません。トランポリンを開発したコンスタンツ大学、コペンハーゲン大学、チューリッヒ工科大学の物理学者らは、トランポリンを使ってフォノン輸送の新しい方法を実証したいと考えている。
「トランポリン」は実際にはフォノンの導波路、つまり窒化シリコンでできた振動する超薄膜です。フォノンは、固体結晶格子振動の基礎となる基本的な励起状態である「音の量子」であると言えます。物理学者らは、トランポリンを使用して、数学的トポロジー原理に基づいた独特の表面構造を通じて、フォノンがどのようにして運動量をほとんど失わずに「角を曲がって」誘導できるかを実証したいと考えている。これは、信号をエッジやカーブの周囲に配線する必要があるマイクロチップ回路などの回路では重要です。
その結果は印象的です。トランポリンを使用すると、フォノンは運動量をほとんど失うことなく、120 度の急な回転でも移動できます。曲がりくねるのではなく「跳ね返る」フォノンの数は 10,000 分の 1 未満です。 「この超低損失は現代の通信機器に匹敵します」とコンスタンツの物理学者オデッド・ジルバーバーグ氏は言う。
Zilberberg は、表面構造におけるこの種のトポロジー効果とその応用の研究に興味を持っています。このアプローチにより、フォノンのための完全な「道」を構築できるかもしれないと彼は信じています。ジルバーバーグはトランポリンの正確な構造を設計しました。コペンハーゲン大学とチューリッヒ工科大学の同僚がこのアイデアを実践しました。研究チームの研究結果は最近、ネイチャー誌に掲載された。
しかし、人々が飛び乗れるトランポリンを作ることは可能でしょうか? 「実際に考えたんです」とジルバーバーグは笑いながら語った。 「それは確かに興味深い実験になるでしょう。この原理はより大きなスケールの物体にも当てはまると思います。」それでも、ヘルメットなしで「等身大」トランポリンを試してはなりません。
/scitechdaily から編集