Математики та інженери об’єднали зусилля і змогли створити пристрій, який за допомогою ультразвукових хвиль здатний створювати з частинок вуглецю в воді малюнок, який ніколи не повторюється
Уявіть собі шахову дошку. Ви можете взяти квадрат два на два з двох чорних плиток і двох білих, а потім скопіювати та 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 грати з атомів натрію і хлору. Ви можете скопіювати та вставити решітку з однієї частини кристала і знайти збіг в будь-який інший частини.
Але квазіперіодичних структур оманлива. Одним з її прикладів є патерн, званий мозаїкою Пенроуза. На перший погляд, геометричні ромбовидні плитки здаються розташованими в правильному порядку, але отримати такий узор 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 досить, щоб розташувати частки у квазіперіодичній структурі. Потім автори вирішили спробувати створити такі візерунки за допомогою чотирьох пар генераторів. Для цього їм довелося провести теоретичні розрахунки та 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 та 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 полімерного з’єднання.
Дослідження опубліковане в журналі Physical Review Letters.
Натхнення: www.popmech.ru