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2025-06-18 04:03:00
物理学者は、画期的なフォノン導波路として機能するナノスケールのトランポリン様デバイスを開発しました。 （アーティストの概念。）クレジット：株
世界で最も奇妙なトランポリンは跳ね返りません。それは横に揺れたり、コーナーを滑ったりします。しかし、高さ1ミリメートル未満であるため、誰もそれに飛びつくことはできません。
幅がわずか0.2ミリメートルのトランポリンを想像してみてください。厚さはわずか約2000万分の1ミリメートルの厚さで、表面が薄く薄くなります。定期的に間隔を空けた丸い三角形の穴がいっぱいで、ユニークな穴あきデザインを提供します。繊細な外観にもかかわらず、このトランポリンはほとんど止められません。動き始めると、勢いはほとんど失われず、非常に長い間揺れ続けることができました。
しかし、それは通常のトランポリンのように上下に跳ね返るだけではありません。その表面全体で、異なる領域は横向きを含むさまざまな方向に移動します。中央には、「トランポリン内のトランポリン」さえあります。これは、物事がさらに野生になる小さな領域です。ここでは、動きは正確な三角形の経路をたどり、振動がコーナーの周りに完全に湾曲することを可能にします。物理学ではめったに見られないものです。
バウンスからフォノンまで
では、誰もそれに飛びつくことができないのに、なぜこのトランポリンを設計するのでしょうか？もちろん、この構造は、人々が使用できるように設計されていません。トランポリンの背後にある脳 – コンスタンツ大学、コペンハーゲン大学、およびETHチューリッヒの物理学者 – は、それを使用してフォノン輸送の新しい方法を実証したいと考えています。
「トランポリン」は、実際にはフォノンの導波路です。硝化シリコンで作られた振動する超薄膜です。フォノンは、いわば「サウンド量子」、つまり、固体の結晶格子の振動が基づいている基本的な励起です。トランポリンを使用して、物理学者は、運動量が実際に失われない独自の表面構造（数学的トポロジーの原則に基づく）によって「コーナーの周り」をどのように指示できるかを実証したいと考えています。これは、たとえば、エッジや曲線を中心に信号が向けられるマイクロチップ回路で重要です。
最小限の損失のあるトポロジー輸送
結果は印象的です。トランポリンを使用すると、フォノンは、運動量がほとんどなく、緊密な120度の曲線を中心に向けることさえできます。曲線を回るのではなく「跳ね返る」フォノンの量は、1万人あたり1未満です。 「この超低損失は、現代の通信装置と同等です」と、Konstanzの物理学者Oded Zilberbergは言います。
Zilberbergは、表面構造におけるこの種のトポロジー効果と、アプリケーションでの使用方法を正確に研究することに興味があります。彼は、この方法で、フォノンのために道路全体を建設することが可能であると考えています。 Zilberbergは、トランポリンの特定のデザインを作成しました。コペンハーゲン大学とEthチューリッヒの彼の同僚は、そのアイデアを行動に導きました。研究チームの結果は最近、Nature誌に掲載されました。
しかし、人々が飛び乗るためにトランポリンを構築することは可能でしょうか？ 「私は実際にそれについて考えました」、ジルバーバーグは微笑む。 「それは間違いなく楽しい実験になるでしょう。原則は大規模なオブジェクトでも機能すると思います。」ただし、ヘルメットを着用せずに「人間サイズの」バージョンのトランポリンを試してはいけません。
参照：「フォノン用のソフトクランプトポロジー導波管」Xiang Xi、Ilia Chernobrovkin、JanKošata、Mads B. Kristensen、Eric Langman、Anders S.Sørensen、Oded Zilberberg and Albert Schliesser、2025年6月4日、 自然。
2：10.1038/s41586-025-09092-x
この研究は、コンスタンツ大学の共同研究センターSFB 1432「平衡を超えた古典的および量子物質の変動と非線形性」のコンテキストで部分的に行われました。
資金調達：欧州研究評議会（ERC）、ノヴォノルディスク財団、デンマーク国立研究財団、独立研究基金デンマーク、スイス国立科学財団（SNF）、ドイツ研究財団（DFG）、EUプログラムHorizon 2020、Villum Foundation、およびMarieSkłodowska-Curieプログラム。
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#物理学者は人間の髪よりも小さいトランポリンを構築しました