Математики та інженери об’єднали зусилля і змогли створити пристрій, який за допомогою ультразвукових хвиль здатний створювати з частинок вуглецю у воді малюнок, який ніколи не повторюється.
Матеріали з квазіперіодичною структурою можуть володіти рядом унікальних властивостей. Щоб їх синтезувати, вчені створили установку, яка дозволяє генерувати такі структури за допомогою ультразвуку.
Уявіть собі шахову дошку. Ви можете взяти квадрат два на два з двох чорних плиток і двох білих, а потім скопіювати й вставляти їх до тих пір, поки не вийде повна шахівниця. Такі “періодичні” структури з повторюваними візерунками зустрічаються в кристалах. Візьмемо, наприклад, крупинку солі. На атомному рівні вона являє собою решітку з атомів натрію і хлору. Ви можете скопіювати й вставити решітку з однієї частини кристала і знайти збіг в будь-який інший частини.
Але квазіперіодична структура оманлива. Одним з її прикладів є патерн, званий Мозаїкою Пенроуза. На перший погляд, геометричні ромбовидні плитки здаються розташованими в правильному порядку, але отримати такий візерунок копіюванням і вставкою одного елемента мозаїки не вийде — він не співпаде. Дослідники давно намагаються синтезувати матеріали з квазіперіодичною внутрішньою структурою. Одним з кроків на шляху до цього стало створення подібних візерунків з вуглецевих частинок за допомогою ультразвуку.
У новій роботі дослідники виявили, що двох пар паралельно розташованих генераторів ультразвукових хвиль достатньо, щоб розташувати частинки у квазіперіодичній структурі. Потім автори вирішили спробувати створити такі візерунки за допомогою чотирьох пар генераторів. Для цього їм довелося провести теоретичні розрахунки й безліч експериментів, але в кінцевому підсумку автори довели, що здійснити це можливо.
Дослідники встановили чотири пари ультразвукових генераторів у вершини восьмикутної сітки, на яку помістили вуглецеві наночастинки, зважені у воді. Контролюючи частоту й інтенсивність коливань звукових хвиль, вчені змогли домогтися того, що частинки організувалися в візерунок, схожий на мозаїку Пенроуза. Тепер вчені планують створити матеріал з такою внутрішньою структурою на основі полімерної сполуки.
Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters.
Натхнення: www.popmech.ru