.
Hak ettiğiniz bir yaz tatiline giderken aniden başka bir araca çarptığınızı hayal edin. Neyse ki, aracınızın şasisi çarpışmadan sonra kontrollü ve programlı bir şekilde deforme olur ve yolcuların zarar görmeden kaçmaları için güvenli bir bölge oluşturur. Büyü?
Hayır, sihir değil. Metamalzemelerin araştırılmasında ortaya çıkan bir alan olan topolojik malzemeler sayesinde gelecek gelecek.
arabalar transformatörler görünmezlik pelerinleri ve sessiz şehirler, gelecekte olacakların sadece üç örneğidir.
Metamalzemeler: bunlar nedir ve nereye giderler?
Metamalzemelerin incelenmesi, ses ve ışık dalgalarıyla daha önce hayal bile edilemeyecek egzotik şekillerde etkileşime girmemize ve onları kontrol etmemize olanak tanıyan yeni ufuklar açtı.
Örneğin, ışık dalgalarını emebilen veya yönlendirebilen metamalzeme kaplamalar zaten var. Bu, ışığın nesneden yansımasını engelleyerek onu insan gözüyle ayırt edilemez hale getirerek bir tür “görünmezlik pelerini” yaratır.
Metamalzemeler ayrıca, ışığın – veya ses dalgalarının – ters yönde bükülmesine neden olan, daha önce hiç görülmemiş bir fenomen olan negatif bir kırılma indeksi oluşturma olasılığını sunan tasarlandı. Bu negatif kırılma konsepti, günümüzünkinden çok daha üstün optik özelliklere sahip mükemmel lensi yaratma olasılığı gibi büyüleyici sonuçlara sahiptir. Ve eğer yönlendirdiğimiz şey ses dalgalarıysa, sessizlik kalkanları oluşturuyor olacağız.
Bir fincan kahveye dönüşen çörek
Tüm bunlar birçok kişiye bilim kurgu gibi gelebilir, ancak bilim camiası bunu yirmi yıldır araştırıyor. Uygulanan deformasyon seviyesine bakılmaksızın sağlam kalan bu tür meta malzeme olan topolojik malzemeler üzerine yapılan araştırmalardan bahsediyorum.
Bu kavramı göstermek için en çok kullanılan örnek, topolojik olarak eşdeğer oldukları için sürekli olarak bir fincan kahveye dönüştürülebilen bir çörek örneğidir. Yani, herhangi bir nesnenin temel özelliklerini bozmadan veya değiştirmeden birbirlerine yeniden şekillendirilebilirler.
Yazar sağladı
Bu topolojik sağlamlık, yoğun madde fiziğinde kapsamlı bir şekilde incelenmiştir ve malzemelerin içte yalıtkan ve dışta iletken haline geldiği alışılmadık elektronik durumlara yol açmıştır. Bu malzemeler topolojik yalıtkanlar olarak bilinir ve ilk olarak 2007 yılında gözlemlenmiştir.
Yarattıkları benzersiz koşullar, dalga kılavuzlarının kusurlara ve düzensizliğe karşı bağışık olmasına yol açabilir. Ya da diğer bir deyişle, ışık ve ses dalgalarının yapısal hatalardan veya üretim hatalarından etkilenmeden serbestçe hareket edebildiği malzemeler. Bu, günümüzde kuantum hesaplama için transistörlerde ve ayrıca gelişmiş manyetoelektronik ve optoelektronik cihazlarda umut verici uygulamalara sahiptir.
İsviçre, Çin’den araştırmacılar ve İspanya’daki IMDEA Materials Institute arasındaki uluslararası işbirliğinin sonucu, yakın zamanda dergide yayınlandı. Doğa, simetrilere dayalı topolojik serbestlik derecelerinin, ışık ve sesin manipülasyonuna nasıl alternatif ve benzeri görülmemiş bir yaklaşım sunduğunu vurgular. Bu, geleneksel metamalzemeler dünyasının ötesinde yeni topolojik fotonik ve akustik yapılara yol açtı.
ses dalgaları nasıl yakalanır
Günümüzün metamalzeme uzmanları yalnızca optik üzerine değil, aynı zamanda akustik gibi dalga fiziğinin diğer alanlarına da odaklanmaktadır.
Akustik geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir. Örneğin, otoyollardaki ve şehirlerdeki gürültü kirliliğini azaltabiliriz. Hatta ses ve radar dalgalarını yansıtmayan, farklı yönlerden farklı yansımalar sunan yüzeyler bile oluşturabilecektik. Tüm bunlar, diğer şeylerin yanı sıra, askeri uygulamalar için daha gizli araçlar üretmeyi mümkün kılacaktır. Ve uygulanmasıyla gürültüye karşı savaşı kazanmış olacaktık: sessiz şehirlerde yaşayabilirdik.
Ayrıca, bu tür efektlerin, 3D baskı teknolojisi kullanılarak kasıtlı olarak malzemenin kendisinde tasarlandığında ışığı, akustik veya elektromanyetik dalgaları nasıl yakalayabileceğini veya manipüle edebileceğini de araştırıyoruz.
Dönüşen arabalar ve tasarlanmış deformasyon
Malzeme biliminde, deformasyonların yapılarını ve mekanik özelliklerini nasıl etkilediğini incelemek için deneyler yapmak çok yaygındır. Bu şekilde, zaten tasarlanmış ve üretilmiş bir malzemenin test edilen koşullarda nasıl davranacağını bilebiliriz.
Şimdi ve gelecekte elde etmek istediğimiz şey, bir adım daha ileri gitmek: sadece bir malzemenin nasıl deforme olacağını anlamakla kalmayıp, bu deformasyonu malzemenin kendisinde tasarlayarak tasarım gereği kusurlar yaratmak.
Otomobil imalatında, bu makalenin başladığı örnekte olduğu gibi, araç bileşenlerinin şasi deformasyonunun sürücü güvenliğini en üst düzeye çıkaracak şekilde tasarlandığı “güvenli bölgeler” oluşturulabilir.
Uçak endüstrisinde, parçaları, bir arıza durumunda, yakındaki bileşenlerin hasar görmesi veya yapının genel bütünlüğü önceden belirlenmiş bir şekilde kontrol edilecek şekilde tasarlayabileceğiz.
Bu araştırma hala kavramsal bir aşamada olmasına rağmen, umut verici bir gelecek inşa etmeye giden yolu işaret ediyor.
.
