นักวิจัยในจีนและสิงคโปร์กล่าวว่าพวกเขาได้สร้างฉนวนโทโพโลยีโทโพโลยี 3 มิติเป็นครั้งแรกโดยใช้แผ่นพลาสติกบางๆ ที่ฝังด้วยนาโนแอนเทนนาโลหะ ฉนวนทำงานที่ความถี่ไมโครเวฟ แต่ถ้าขยายเป็นเทราเฮิร์ตซ์หรือความยาวคลื่นแสง ก็สามารถใช้ในการใช้งานต่างๆ เช่น เลเซอร์กำลังสูง ไดโอดออปติคัล และชิปคอมพิวเตอร์โฟโตนิก
2D topological insulators หรือที่รู้จักในชื่อ 2D
quantum spin Hall insulators เป็นวัสดุที่เป็นฉนวนไฟฟ้าในปริมาณมาก แต่สามารถนำไฟฟ้าได้ดีมากบนขอบของพวกมันผ่านสถานะทางอิเล็กทรอนิกส์พิเศษที่มีการป้องกันทางทอพอโลยี อิเล็กตรอนสามารถเดินทางในทิศทางเดียวเท่านั้นตามสถานะเหล่านี้และไม่กระเจิงกลับ ซึ่งหมายความว่าสามารถนำกระแสไฟฟ้าที่มีการกระจายพลังงานเกือบเป็นศูนย์และสามารถนำมาใช้ทำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ประหยัดพลังงานได้ในอนาคต
โครงสร้างที่ทำจากคริสตัลโฟโตนิกในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยได้เริ่มมองหาการผลิตฉนวนทอพอโลยีที่ทำงานโดยใช้แสงมากกว่ากระแสไฟฟ้า โครงสร้างเหล่านี้ทำมาจากผลึกโฟโตนิก ซึ่งเป็นวัสดุที่การเปลี่ยนแปลงเป็นระยะของดัชนีการหักเหของแสงหมายความว่าเฉพาะความยาวคลื่นของแสงเท่านั้นที่สามารถผ่านได้ ข้อดีอย่างหนึ่งของฉนวนโทโพโลยีแบบโทโพโลยีคือสามารถทำงานที่อุณหภูมิห้องได้ ไม่เหมือนกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
อีกประการหนึ่งคือพื้นที่ที่โฟตอนสามารถเดินทางสามารถออกแบบให้โค้งเหมือนพื้นผิวของกรวย โครงสร้างเหล่านี้จึงเลียนแบบฉนวนฮอลล์ควอนตัมสปิน 2D ที่มีพื้นผิวที่เรียกว่า Dirac cones ตามธรรมชาติ เหล่านี้คือจุดเดียวที่คมชัดในวัสดุ 2 มิติที่วาเลนซ์และแถบการนำไฟฟ้ามาบรรจบกันที่ระดับแฟร์มี และที่อิเล็กตรอนมีพฤติกรรมราวกับว่าพวกมันเป็นอนุภาคสัมพัทธภาพที่ไม่มีมวลพัก
อย่างไรก็ตาม จนถึงขณะนี้ นักวิจัยสามารถ
สร้างฉนวนโทโพโลยีโทโพโลยีแบบ 2D ได้เท่านั้น และถึงแม้จะมีงานเชิงทฤษฎีมากมายในช่วงหลายปีที่ผ่านมา เวอร์ชัน 3D ก็ยังเข้าใจยาก ฉนวนดังกล่าวมีความแตกต่างจากรุ่น 2D ในเชิงคุณภาพ ในขณะที่ฉนวนโทโพโลยีโทโพโลยี 2D โฮสต์สถานะขอบทางเดียวที่มีการป้องกันทอพอโลยี ฉนวนโทโพโลยีโทโพโลยี 3 มิติแสดงสถานะพื้นผิวทอพอโลยีที่ไม่ใช่ทิศทางเดียว อันที่จริงพวกมันควรจะสามารถกำหนดช่องทางสถานะพื้นผิวทอพอโลยีตามทิศทางเชิงพื้นที่ที่เป็นไปได้ทั้งหมด ไม่ใช่แค่ไปตามทิศทางระนาบเท่านั้น
เทคโนโลยีแผงวงจรพิมพ์แบบธรรมดาฉนวนโทโพโลยีโทโพโลยี 3 มิติใหม่นี้ผลิตโดยทีมงานจากมหาวิทยาลัยเจ้อเจียง (ZJU) ในประเทศจีนและมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีนันยาง (NTU) ในสิงคโปร์โดยใช้เทคโนโลยีแผงวงจรพิมพ์แบบเดิม “ในการทดลองของเรา เราแกะสลักแผ่นลามิเนตอิเล็กทริกด้วยแผ่นทองแดงสองด้าน” Yihao Yangหัวหน้าทีมวิจัยอธิบาย “แต่ละชั้นที่พิมพ์จะถูกจับคู่กับตัวเว้นวรรคอิเล็กทริก”
แผ่นเหล่านี้ฝังด้วยนาโนแอนเทนนาที่เป็นโลหะซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวสะท้อนเสียงแบบแยกวงแหวน นักวิจัยประสบความสำเร็จในการปรับแต่งเรโซเนเตอร์เพื่อให้พวกมันโต้ตอบกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในลักษณะเฉพาะ ซึ่งช่วยให้พวกเขาสามารถกำหนดลักษณะเชิงทอพอโลยีตามโครงสร้างที่ต้องการได้
ฉนวนโทโพโลยีโทโพโลยี 3 มิติมีเซลล์ยูนิต
ที่ประกอบด้วยเรโซเนเตอร์วงแหวนแยกโลหะที่เชื่อมต่อกันสามตัว” นายหยางกล่าว “แต่ละอันถูกสร้างขึ้นโดยการจัดเรียงเซลล์หน่วยในโครงตาข่ายสามเหลี่ยมในระนาบ xy และซ้อนชั้นที่เหมือนกันตามทิศทาง z”
เพื่อยืนยันว่าโครงสร้างนี้เป็นฉนวนทอพอโลยี 3 มิติ นักวิจัยได้สร้างแผนที่โดยละเอียดว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านได้อย่างไร “เราทำสิ่งนี้โดยใส่หัววัดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเข้าไปในโครงสร้างและวัดการกระจายของสนามภายในและที่ผนังโดเมน จากนั้นเราใช้การแปลงฟูริเยร์เพื่อให้ได้การกระจายขนาดใหญ่และพื้นผิวของการแจกแจงภาคสนามตามลำดับ หลังเป็นลายเซ็นบอกเล่าทางกายภาพของฉนวนทอพอโลยี 3 มิติ” หยางกล่าว
bandgap ทอพอโลยี 3 มิติที่กว้างมากนักวิจัยพบว่าฉนวนโทโพโลยีโทโพโลยี 3 มิติมี bandgap ทอพอโลยี 3 มิติที่กว้างมากรวมถึงสถานะทอพอโลยีคล้าย Dirac-cone ที่ไม่มีช่องว่างบนพื้นผิว Hongsheng Chen หัวหน้าทีมร่วม ของ ZJU กล่าวว่า “ช่องว่างกว้างดังกล่าวซึ่งเกินกว่าความกว้างที่สุดเท่าที่เคยมีมาในฉนวนโทโพโลยีโทโพโลยี 2D จะมีความสำคัญสำหรับการใช้งานในอนาคต”
“ในระดับพื้นฐาน เราได้สร้างเฟสฉนวนทอพอโลยี 3 มิติสำหรับโบซอน (โฟตอน)” หัวหน้าทีมร่วมBaile Zhangจาก NTU กล่าว “เนื่องจากความแตกต่างพื้นฐานระหว่าง fermions และ bosons การที่ 3D bosonic photonic topological insulator สามารถรับรู้ได้หรือไม่นั้นยังคงเป็นคำถามเปิดก่อนงานของเรา” เขากล่าวกับPhysics World
“จากมุมมองทางเทคโนโลยี ทอพอโลยีฉนวนดังกล่าวอาจถูกนำมาใช้ในการใช้งานโฟโตนิกขั้นสูง เช่น โพรงโทโพโลยี วงจร และเลเซอร์ ในเรขาคณิต 3 มิติที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ก่อนหน้านี้”การวัดค่าคงที่ในท้องถิ่นในวัสดุทอพอโลยี
ความเป็นสากลของฟิสิกส์โครงสร้าง 3 มิติใหม่นี้เป็นตัวอย่างที่ดีของความเป็นสากลของฟิสิกส์ กล่าวโดย Yidong Chongหัวหน้าทีมจาก NTU “ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในสถานที่หนึ่ง เช่น วัสดุควอนตัม สามารถทำซ้ำได้ในสภาพแวดล้อมอื่น ในกรณีนี้คือสื่อประดิษฐ์ สำหรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า” เขาอธิบาย “ส่วนประกอบสำคัญคือพวกเขาปฏิบัติตามสมการและแนวคิดทางทฤษฎีเดียวกัน” อันที่จริง Chong แนะนำว่าฉนวนโทโพโลยีโทโพโลยี 3D สามารถสร้างแพลตฟอร์มที่น่าสนใจในการศึกษาฟิสิกส์พื้นฐานเนื่องจากสถานะพื้นผิวทอพอโลยีถูกควบคุมโดยสมการเดียวกับอิเล็กตรอน 2D ที่ไม่มีมวลซึ่งเป็นไปตามทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์
Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>เว็บสล็อตแตกง่าย
