分享本文至 E-mail 信箱
學術引用格式
MLA
APA
EndNote(.enw)

迪拉克錐現「聲」塑膠材料

西班牙物理學家聲稱製作出「聲學版」的神奇材料石墨烯(graphene),他們在塑膠板上鑽出排列成六角形的孔洞並在此塑膠表面傳遞聲波,從測量結果觀察到「迪拉克錐」(Dirac cone)。雖然「聲學版石墨烯」目前尚未有實際應用,但未來可望用來改良聲學系統或者用來對模擬石墨烯進行相關研究。

自從石墨烯於 2004 年問世後,此具蜂巢晶格的平面碳材料並不斷以其特殊的電子性質驚豔科學界。這是因為石墨烯是零能隙的半導體,而且在導帶與價帶交接處附近的色散關係式(電子能量與動量間的關係)遵守迪拉克方程式,亦即能帶形成迪拉克錐,也因此電子能以極高速度穿梭於石墨烯間。

上述聲學版石墨烯是由瓦倫西亞科技大學(Polytechnic University of Valencia)的 Daniel Torrent 與 Jose Sanchez-Dehesa 所發現。他們計算了聲波在鑽有六角排列孔洞的樹脂玻璃(Plexiglas)表面上的傳輸性質,特別是描述聲波能量與動量間關連的色散關係式,結果顯示迪拉克點及迪拉克錐的存在。此外,該模型也預測了表面聲波具有一特定的迪拉克頻率與迪拉克速度,在此條件下的聲波可在材料中傳輸而不發生散射。

為了進行實驗驗證,研究人員在長 300 mm 寬 100 mm 的樹脂玻璃上鑽有 1113 個直徑 3 mm 深度 2.88 mm 的孔洞,洞距則為 3.33 mm。他們將揚聲器連接至此樣品,並在兩不同位置以麥克風收音。為涵蓋了預測的迪拉克頻率,他們使用中心頻率 22 kHz 寬度約 5 kHz 的脈衝聲波。研究人員發現兩測量點間的相位延遲(phase delay)在 22 kHz 時顯著下降,對應到迪拉克錐的頂點。他們也發現由實驗數據計算得到的聲波色散關係在 22 kHz 附進形成能量與動量成線性關係的迪拉克錐,與理論預測相符。

研究人員表示,目前此具有聲波迪拉克錐的材料尚未有實際用途,不過將來可能應用於聲學透鏡上,在無反射損失的情況下收集聲波。Torrent 與 Sanchez-Dehesa 現在正進行實驗以驗證聲波能暢行無阻地在材料中傳遞,如同石墨烯內的迪拉克電子。他們認為類似的樣品可藉由聲波來模擬石墨烯的電子性質,其中一項優點在於樹脂玻璃的晶格常數能輕易改變。詳見 Phys. Rev. Lett. Vol. 108 174301。

譯者:劉家銘(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
原文網址:Acoustic analogue to graphene announced—physicsworld [2012-05-02]

本文來自 NanoScience 奈米科學網 [2012-06-24]

「空虛寂寞覺得冷會傳染嗎?」「為什麼人看到可愛的東西就想捏?」「為什麼蚊子喜歡叮穿深色衣服的人?」

科學從不只是冷冰冰的文字,而是存在世界各個角落熱騰騰的知識!不論是天馬行空的想像或日常生活的疑問,都可能從科學的角度來解釋。

本月的泛科選書 《不腦殘科學2》是泛科學作者編輯團隊嘔心瀝血的超級鉅獻!不只能滿足大人與小孩的好奇心,更將拓展你的視野,帶領大家發現一個嶄新的世界!

泛科限時優惠79折(含運),現在就帶一本回家

關於作者

主要任務是將歐美日等國的尖端奈米科學研究成果以中文轉譯即時傳遞給國人,以協助國內研發界掌握最新的奈米科技脈動,同時也有系統地收錄奈米科技相關活動、參考文獻及研究單位、相關網站的連結,提供產學界一個方便的知識交流窗口。網站主持人為蔡雅芝教授。