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龙卷风的破坏力是由于其中心极高的旋转速度而产生的

作者: 武汉新闻网 更新时间: 2020年04月27日 12:27:21 游览量: 57

简述:

龙卷风的破坏力是由于其中心极高的旋转速度而产生的,称为旋涡。出人意料的是,对于沿着原子光滑的金表面传播

龙卷风的破坏力是由于其中心极高的旋转速度而产生的,称为旋涡。出人意料的是,对于沿着原子光滑的金表面传播的光,可以预测出类似的效果,该光可以表现出角动量和涡旋。斯图加特大学,杜伊斯堡-埃森大学和墨尔本大学(澳大利亚)的研究人员现在已经成功地将纳米级的这些涡旋图案(称为天旋子)拍摄下来。《科学》杂志在2020年4月24日发行中报道了这项突破性的工作。

龙卷风的破坏力是由于其中心极高的旋转速度而产生的

当花样滑冰运动员开始表演旋转陀螺并举起手臂时,由于保持了角动量,她绕自己的轴转动的速度越来越快。在炎热的夏季,同样的旋转旋转效应会产生所谓的“尘埃魔鬼”,即小小的热风旋风,还会给大型龙卷风带来破坏力。物理学家托尼·斯凯姆(Tony Skyrme)于1960年代在称为拓扑的研究领域中详细研究了此类涡旋。这些模式在其发现者之后被称为skyrmions。

沿原子光滑的纳米结构金表面传播的光也可能具有某种角动量,因此会形成涡旋。但是,在这种情况下,涡旋的大小只有几百纳米,而这些纳米风暴的眼睛只有几纳米。因此,尚无人能够测量这些涡旋的确切方向。观察旋涡动力学也是不可能的,因为光围绕这种旋涡传播所需的时间仅为几飞秒(十亿分之一毫秒)。

在一项突破性的实验中,来自斯图加特大学,杜伊斯堡-埃森大学和澳大利亚墨尔本大学的研究人员团队首次成功地拍摄了这种纳米级的光等离子体等离子体。研究人员能够在所有三个维度上记录光的电场和磁场方向,甚至可以测量其动力学。来自墨尔本的理论家蒂姆·戴维斯(Tim Davis)在IQST量子中心的支持下访问了斯图加特和杜伊斯堡,计算了所需的光波长,纳米结构的最佳形状以及金片的确切厚度。他预测了光涡旋的规则阵列(称为“ Skyrmion晶格”)的行为。

斯图加特大学第四物理研究所哈拉尔德·吉森研究小组的贝蒂娜·弗兰克(Bettina Frank)使用一种新开发的方法生产了原子光滑的金片,其纳米级厚度可调。为此,将极扁平的硅晶片用作衬底。用高精度金离子束将金片纳米结构化。当用经过仔细计算的波长在红外范围内的激光脉冲照射时,会形成整个天体离子阵列,即所谓的等离子天体离子。

Janoschka)在800纳米波长的纳米结构金薄片上发送了仅13飞秒持续时间的激光脉冲。爱因斯坦因其获得的光效应而获得了诺贝尔奖,该效应使电子从金样品中弹出,然后用电子显微镜对其进行测量。通过巧妙地组合几个具有不同光偏振的激光脉冲并重复几次实验,可以通过投影确定光场的矢量分量。

通过将两个激光脉冲一个接一个地发送到样品上,纳米龙卷风既可以被激发,又可以被超短激光脉冲探测到。,因此,在大约一夜的时间内,可以记录这些光涡旋的整个纳米膜。 。

斯图加特的Harald Giessen认为,在这项研究的基础上,将来有可能创造出新型的显微镜,该显微镜可以产生比迄今为止更小的光结构。他说:“轨道角动量和矢量特性的结合甚至在线性光学条件下也能在纳米范围内形成等离激元涡旋结构。” “在各种边界条件下,也有可能通过实验观察时间分辨的天胶粒子物理学。”

这种天体离子场及其轨道角动量与半导体中的相邻粒子(例如原子薄的二维材料中的粒子)的相互作用将特别令人兴奋。“借助我们的新型莱斯(Raith)离子束光刻机,我们几乎可以无限地生成不同的拓扑纳米结构,并利用杜伊斯堡(Duisburg)纳米相机研究其Skyrmion动力学。”

文章链接://jksh/31246.html

文章标题:龙卷风的破坏力是由于其中心极高的旋转速度而产生的