《美国国家科学院学报》上发表物理学教授Max Bi的组织工作揭示设计的一个新型光子材料受模式在人类皮肤等组织层。

所以,光子是什么?你可以考虑使用光以相同的方式使用电力,电力电子,光子光子(光的粒子)。光纤电缆和激光是一些日常光子技术。光子学的研究人员寻找方法以同样的方式操纵光我们操纵电力:电线,开关,尤其是相关计算。计算机基于光有可能大大加快电脑而大幅提高能源效率。

不断扩大和令人兴奋的研究领域是研究材料的光子带隙。这些材料允许某种频率的光穿过他们,但他们有一个特定的频率范围,不让它通过。“由于特定的结构,这个频率的光遇到本身和消去了,“Bi说。他提到的结构是关键。传统的光子晶体材料,由长距离重复的模式。

一维光子晶体看起来像一个分层的蛋糕,可以过滤光来自一个方向。二维光子晶体看起来像一个棋盘前,因为它是由列的材料堆放在一起。三维光子材料可以被认为是方块堆叠创建一个大立方体,各方看起来像一个棋盘。这三维结构可以从每个方向过滤光线,但是光必须罢工表面沿特定的方向,具有非常小的误差。这些结构是非常脆弱的,创建一个光子晶体在纳米级,一个可能是有用的在一个手持或便携式设备,是极其困难的。“你不能犯错误的晶体。如果其中一个棋盘网站丢失,可以引起中断的光子财产”Bi说。

马克斯Bi教授和他的研究生李Xinzhi连同博士后研究员Amit Das试图创建一个新的材料,可以解决一些缺陷与晶体和做一些突破。然而,光子学不在他们的驾驶室。事实上,李Bi说他的学生,更熟悉的话题开始。“这是一个很多乐趣与Xinzhi合作学习在一起。通常你使用,就像教授:这是一个项目,去做它。这是我们必须一起工作,一起犯错,一起和调试的事情,所以这是很有趣的。“Bi的背景在软物质物理,一个侧重于材料的领域有趣的物理性质取决于温度接近室温的变化,很容易变形,由于外部压力。Bi曾与颗粒材料以及生物材料通过模拟细胞和组织的力学和行为,往往与生物学家一起工作。

最近的工作在光子设计发现hyperuniformity的概念,它被认为是必要的光子材料。李hyperuniformity形容为“介于完全随机点和结晶,它有隐藏的但你不能很容易地看到它。”Hyperuniformity Bi启发探索使用生物设计创建一个光子材料,从细胞开始形成动物的皮肤层,在Bi说:“没有人想到这隐藏的秩序,但显然有。“通过将棒中心的材料,这些细胞材料变得photonically活跃,大量光子带隙,或过滤能力。Bi目前正在与3 d印制机原型这些结构。

当他们开发的材料,其他有趣的属性进入了视野。模式中的每个细胞材料的形状,它更愿意,具体一定的周长。Bi用橡皮筋模型描述了现象,这表明张力的拉伸橡皮筋拉对其限制,不顾一切地回到其松弛状态。细胞材料都有一个理想的周长,试图尽可能接近。调整这个理想的周长变化显著的材料。

有一个神奇的数字,周长是足够大,材料开始的行为奇怪:它变成了一个液体。值得注意的是,液体仍然可以作为光子材料转换后,虽然不是及其固体形态。在非常高的周长,光子能力消失,尽管hyperuniformity依然存在。这与早期的研究,Bi说。据知名研究人员在先前的研究中,他们声称[hyperuniformity]是绝对必要的和足够的带隙,我们发现它不是。”

液体的功能,设计由Li, Das和Bi并不局限于两个维度。事实上,他们可以外推到符合三维模型。这使他们能够创建一个自组装,3 d光子材料,可以从任何角度滤光,一个巨大的优势在传统的光子晶体。“3 d是传统上更难工程师带隙。所以即使是非常小的,这是人的一个令人兴奋的结果正在光子学,”Bi说。

Li Das, Bi兴奋自组装光子液体的可能性,与研究人员和他们的工作使它成为现实。“你想掺和别的,动摇它在试管中,“Bi说,“它出来这样的一个结构。”这样一个过程将非常简化光子材料的制造,打开门使用的更广泛的应用。

在未来,Li Das和Bi将继续探索光子材料和生物寻找更多的灵感。他们希望他们的材料可以通过与实验的合作很快成为现实,帮助推进光子材料的研究。

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