Ερευνητικά Νέα

Μεταϋλικά με συμμετρία ισοτιμίας – χρόνου: Μιά νέα κατηγορία μη-γραμμικών υλικών με εξισορρόπηση ενίσχυσης και απόσβεσης

Συστήματα τα οποία έχουν συμμετρία ισοτιμίας (P) – χρόνου (T) αποτελούν μιά ακόμη κατηγορία τεχνητά κατασκευασμένων (“συνθετικών”) υλικών και έχουν ιδιότητες που δεν απαντώνται στη φύση. Παραδείγματα τέτοιων συστημάτων αποτελούν θεωρίες πεδίου και της μαθηματικής φυσικής καθώς και συστήματα ατομικά, οπτικά, στερεάς κατάστασης και πρόσφατα μη-γραμμικών οπτικών πλεγμάτων. Οι ιδέες και έννοιες των PT-συμμετρικών συστημάτων προήλθαν από μιά επέκταση της συνηθισμένης Κβαντικής Μηχανικής η οποία επιτρέπει PT-συμμετρικές (δηλαδή μη-Ερμιτιανές) Χαμιλτονιανές. Τα μεταϋλικά είναι ένα άλλο προσφατο παράδειγμα συνθετικών υλικών τα οποία έχουν επίσης αναπάντεχες ιδιότητες. Δυστυχώς, η χρησιμοποίησή τους σε συσκευές που απαιτούνται στις εφαρμογές είναι σχεδόν αδύνατη λόγω υψηλής απόσβεσης. Ωστόσο, το “χτίσιμο” μεταϋλικών με συμμετρία PT τα οποία θα βασίζονται στην εξισορρόπηση απόσβεσης και ενίσχυσης μπορεί να δώσει λύση στο πρόβλημα της απόσβεσης και ταυτόχρονα να επιτύχει εντελώς νέες λειτουργικότητες και ηλεκτρομαγνητικά χαρακτηριστικά.

Ο Νίκος Λαζαρίδης και ο Γιώργος Τσιρώνης εισήγαγαν ένα θεωρητικό μοντέλο διάκριτων μεταϋλικών στα οποία η απόσβεση εξισορροπείται από ίσο ποσό ενίσχυσης – ένα τέτοιο εκτεταμένο σύστημα θα διατηρούσε την συμμετρία PT. Η ενίσχυση ή η απόσβεση εισάγονται μέσω διόδων σήραγγος, οι οποίες εμφανίζουν αρνητική διαφορική αντίσταση σε κατάλληλη περιοχή λειτουργίας τους. Η παρουσία των στοιχείων αυτών, εκτός από ενίσχυση, εισάγει επίσης και μη-γραμμικότητα. Ο συνδυασμός διακριτότητας και μη-γραμμικότητας ευνοεί την αυθόρμητη δημιουργία ενδογενών εντοπισμένων τρόπων ταλάντωσης ή διακριτών πνοών σε διαφορετικά τμήματα του μεταϋλικού.

PT-συμμετρικά μεταϋλικά και μετα-επιφάνειες έχουν την δυνατότητα να λειτουργήσουν σε μικροκυματικές καθώς και υψηλότερες συχνότητες, να μειώσουν την απόσβεση και να προσφέρουν μεταβλητότητα των ενεργών παραμέτρων τους σε πραγματικό χρόνο.

Επιστημονικό άρθρο: "Gain-Driven Discrete Breathers in PT-Symmetric Nonlinear Metamaterials", by N. Lazarides and G. P. Tsironis, Phys. Rev. Lett. 110, 053901 (2013).

Εικόνα:
Χωρική και χρονική εξέλιξη της ενεργειακής πυκνότητας, Εn, για δύο περιόδους και συγκεκριμένες τιμές των παραμέτρων (βλέπε Σχήμα 4 του άρθρου)

 

Μάρτιος 2013

Σελίδες

Πανεπιστήμιο Κρήτης - Τμήμα Φυσικής - Πανεπιστημιούπολη Βουτών - GR-70013 Βασιλικά Βουτών, Ελλάδα
τηλ: +30 2810 394300 - fax: +30 2810 394301