迪拉克錐現「聲」塑膠材料
- 上線日期：2012/7/16 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
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。
原始網站: http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/may/02/acoustic-analogue-to-graphene-announced
譯者:劉家銘(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
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