Вчені з Бельгії, Франції та США запропонували формальну модель, що включає в себе опис оригінальної квазічастинки — ринклона

Англійська назва квазічастинки (wrinklon), утворене від слова wrinkle, яким позначають зморшки або складки, відображає її фізичний зміст: нова модель характеризує саме освіта і розподіл хвилеподібних складок на тонких аркушах, закріплених з одного краю. Розміри таких листів можуть змінюватися від сотень нанометрів до кількох метрів, а матеріалом може виявитися як звична тканину, так і відкритий нещодавно графен.

Розробка моделі почалася з експериментів з звичайними великими (їх довжина потрапляла в інтервал 2-4 м) шторами, виконаними з тканини, натурального латексу або паперу. Один край підготовлених зразків експериментатори прикріплювали до планки з хвилеподібним профілем і оцінювали поперечний розмір складок на різних відстанях х від зафіксованого краю. Як виявилося, зміна середньої довжини хвилі λ, відповідної складкам, добре описується простий степеневою залежністю λ(х) ~ хм. Надалі з’ясувалося, що утворення складок на підвішеній графенової мембрані підпорядковується тим же законам.

Складки на графеновій мембрані, підвішеній над борозенкою, і шторі з тонкого шару латексу. Масштабні смужки — 1 мкм і 25 див. (Тут і далі ілюстрації з журналу Physical Review Letters.)

Задіяні в дослідах матеріали розділилися на дві групи, що відрізняються один від одного величиною m. Щоб коректно описати властивості обох груп, фізики і ввели поняття ринклона — структурного елемента, багаторазове повторення якого характеризує всю сукупність складок. Окремий ринклон відповідає за перехідну область, в якій дві складки з довжиною хвилі λ об’єднуються з утворенням більш великої. Кожному ринклону при цьому відповідає деякий розмір L, що визначається характеристиками матеріалу і значенням λ.

У результаті вчені отримали чудово узгоджуються з експериментальними даними варіанти залежності λ(х) ~ хм для «легких» (тканини, паперу) і «важких» (латексу, двошарового графену) матеріалів. В останньому випадку вираз, наприклад, має вигляд λ(x)/h ~ (E•h/Т)0,25•(x/h)0,5, де h — товщина листа, E — модуль Юнга, а величина Т характеризує розтягуючу силу. У «легких» листів вираз виходить трохи більш громіздким, причому відношення (x/h) зводиться в іншу ступінь, що дорівнює 2/3.

Ця модель, як сподіваються автори, буде використовуватися при дослідженні нових матеріалів — скажімо, того ж графена. Оскільки властивості мембрани залежать від її товщини, модель дає можливість по вигляду складок визначити, скільки атомарних шарів входить у той чи інший зразок, і виділяти одношаровий графен.

Зліва зверху показана схема експерименту з тонкими зразками поліпропілену, в якому вивчалися властивості ринклонов, а праворуч — сама область, у якій відбувається перехід від двох складок з довжиною хвилі λ до одного. Внизу дана тривимірна модель цієї області.

Результати дослідів з поліпропіленом різної товщини, які демонструють схожість ринклонов.

Повна версія звіту опублікована в журналі Physical Review Letters; препринт статті можна завантажити з сайту arXiv.

Підготовлено за матеріалами Physicsworld.Com.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *