Паутина — аналог полупроводника для фононов
Изучение микроструктуры паутинного волокна, размещённое в Nature Materials, проливает свет на его неповторимые физические особенности. Авторы — ученые из Университета Райса и их коллеги из Сингапура и Европы — показали, что данный материал владеет фононной запрещенной территорией. Это значит, что он способен блокировать фононные волны на определенных частотах таким же образом, как электронная запрещённая территория (базисное свойство полупроводников) разрешает пропускать одни электроны и задерживать другие.
Исследователи характеризуют собственное открытие как первое экспериментальное наблюдение «гиперзвуковой фононной запрещенной территории в биологическом материале».
В опытах по Бриллюэновскому световому рассеянию, выполненных в Университете полимерных изучений им. Макса Планка в Майнце (Германия), было найдено, что при сжатии волокон скорость фононов значительно уменьшается на 15%, а ширина полосы блокируемых частот возрастает на 31%. При растяжении скорость возрастает на 27%, а полоса сужается на 33%.
В отсутствии напряжения запрещённая территория в паутине соответствует частоте 14,8 ГГц и полосе приблизительно 5,2 ГГц.
До тех пор пока в точности неизвестно применяет ли каким-то образом это свойство сам паук, но возможности его использования на практике в технике, по точке зрения декана Rice Engineering, Эдвина Томаса (Edwin Thomas) в полной мере очевидны. Он, в частности, высказал предположение, что кристаллическая микроструктура паутины возможно воспроизведена в синтетических полимерах, где, не обращая внимания на бессчётные изучения, аналогичной запрещенной территории до сих пор не было найдено. На их базе возможно будет создавать настраиваемые динамические метаматериалы для применения в фононных волноводах, в принципиально новой звуко- и теплоизоляции.
Ещё одним открытием группы стала область отрицательной скорости. В этом режиме при перемещении фононных волн в паутине их фазовая скорость направлена обратно. Ученые считают, что данный экзотический эффект возможно использовать для фокусирования гиперзвуковых фононов.
