De raarste trampoline ter wereld stuitert niet: hij zwaait heen en weer en glijdt zelfs om de hoek. Maar niemand kan erop springen omdat hij minder dan een millimeter hoog is.
Natuurkundigen ontwikkelen een trampoline-achtig apparaat op nanoschaal dat dient als baanbrekende fonongolfgeleider
Stel je een trampoline voor die zo klein is, slechts 0,2 millimeter breed, met een oppervlak dat dunner is dan alles wat je ooit hebt gezien, en een dikte van slechts ongeveer 20 miljoenste van een millimeter. Het is gevuld met gelijkmatig verdeelde afgeronde driehoekige gaten, waardoor het een uniek geperforeerd ontwerp heeft. Ondanks zijn delicate uiterlijk is deze trampoline bijna niet te stoppen. Zodra het in beweging komt, verliest het vrijwel geen momentum en kan het lange tijd blijven slingeren.
Maar hij stuitert niet zomaar op en neer zoals een gewone trampoline. Verschillende delen van het oppervlak bewegen in verschillende richtingen, ook zijwaarts. In het midden is er zelfs een 'trampoline in een trampoline', een kleiner gebied waar de actie nog waanzinniger is. Hier volgt de beweging een nauwkeurig driehoekig pad, waardoor de trillingen de hoeken perfect kunnen afronden – een zeldzaamheid in de natuurkunde.
Dus wat heeft het voor zin om een trampoline te ontwerpen als niemand erop kan springen? Natuurlijk is deze structuur niet ontworpen voor mensen. De mensen achter de trampoline - natuurkundigen van de Universiteit van Konstanz, de Universiteit van Kopenhagen en ETH Zürich - hopen hem te gebruiken om nieuwe methoden voor fonontransport te demonstreren.
De ‘trampoline’ is eigenlijk een golfgeleider voor fononen: een trillende ultradunne film gemaakt van siliciumnitride. Van fononen kan worden gezegd dat ze "geluidsquanta" zijn, de fundamentele aangeslagen toestanden waarop vaste kristalroostertrillingen zijn gebaseerd. Natuurkundigen hopen trampolines te gebruiken om aan te tonen hoe fononen "om hoeken" kunnen worden geleid met weinig verlies aan momentum door unieke oppervlaktestructuren gebaseerd op wiskundige topologische principes. Dit is belangrijk in circuits zoals microchipcircuits waarbij signalen langs randen en bochten moeten worden geleid.
De resultaten zijn indrukwekkend: met behulp van trampolines kunnen de fononen zelfs scherpe bochten van 120 graden maken, vrijwel zonder verlies aan momentum. Het aantal fononen dat ‘stuitert’ in plaats van rondbuigt, is minder dan één op 10.000. "Dit ultralage verlies is vergelijkbaar met hedendaagse telecommunicatieapparatuur", zegt natuurkundige Oded Zilberberg uit Konstanz.
Zilberberg is geïnteresseerd in het bestuderen van dergelijke topologische effecten in oppervlaktestructuren en hun toepassingen. Hij gelooft dat het met deze aanpak mogelijk kan zijn om complete "wegen" voor fononen aan te leggen. Zilberberg ontwierp de exacte structuur van de trampoline. Zijn collega's van de Universiteit van Kopenhagen en ETH Zürich brachten het idee vervolgens in de praktijk. De bevindingen van het onderzoeksteam zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
Maar is het mogelijk om een trampoline te bouwen waar mensen op kunnen springen? “Ik heb er echt over nagedacht”, zei Zilberberg lachend. "Het zou zeker een interessant experiment zijn. Ik kan me voorstellen dat het principe ook van toepassing zou zijn op objecten op grotere schaal." Toch mag niemand een ‘levensgrote’ trampoline zonder helm uitproberen.
Samengesteld uit /scitechdaily