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发布日期:2026-07-06 13:09    点击次数:76

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一顶神奇的“帽子”

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2023年3月末,一顶神奇的“帽子”,让众广泛学家惊奇不已。现时,这顶“帽子”,照旧干预了物理学限度。

“帽子”现实上是一种由多个风筝局势组成的十三边形,它是数学家在寻找已久之后发现的首个“爱因斯坦”。

“帽子”是首个被发现的单铺砌块。(图/D. SMITH ET AL/ARXIV.ORG 2023)

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“爱因斯坦”源自于德语中的ein Stein,即“一块石头”的好奇景仰,指的是单铺砌块(monotile)。单铺砌块指的是一个不错填满无尽平面,且不会自我相通的非周期性铺砌块。非周期性意味着,由这种局势组成的全体图案,不成通过平移或旋转来复原交流的图案。

在数学的铺砌限度,寻找“爱因斯坦”是许广泛学家追求了半个多世纪的一座“圣杯”。在“帽子”出现之前,数学家需要多种局势来组成非周期铺砌块。比如数学家发现的首个不错心事无尽平面的非周期铺砌是由2万多种局势组成的。在后续的接洽中,数学家们在渐渐地缓慢这一数字。

直到上世纪70年代,驰名数学家和物理学家罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)仅使用两种不同的菱形,完成了非周期性铺砌。

由两种菱形组成的彭罗斯铺砌。(图/scipython)

彭罗斯铺砌块与当然寰球有着深厚的操办。1982年,材料科学家丹·谢赫特曼(Dan Shechtman)发现,准晶体(一种有序但非周期性的晶体)的分子结构中,也存在与彭罗斯铺砌块相似的对称性。他也因这一发现而获取了2011年的诺贝尔化学奖。

单铺砌块与准晶体

“帽子”的发现揭示了一些与非周期铺砌块砖关系的新颖数学。但是,关于粒子在这种结构中传播的物理学,仍然是莫得被探索的限度。

在一项新发表于《物理批驳快报》杂志的接洽中,一个接洽团队就预见打算了一种二维材料中的电子的性质,这种材料是一种基于“帽子”局势的准晶体,其中的原子位于“帽子”的极点。

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时常,科学家在接洽一种材料时,会不雅测其电子能量与其波长之间的关系。笔据量子物理学,电子以波的局势在物资中传播,而波长不错默示这些波的大小。在这种能量-波长关系中,皇冠网站接洽东说念主员发现,“帽子”准晶体与石墨烯(一种碳二维晶体)具有惊东说念主的相似之处。这种相似性可能是因为,“帽子”的好多极点,皆是沿着像石墨烯相同的六边形网格陈列的。

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“帽子”铺砌块是由单一的铺砌块局势、而非多个局势组成的这一事实,现实上有助于解说它是怎样逾越晶体和准晶体的范畴的。单铺砌块意味着它比其他非周期性铺砌块更接近周期性,但却不会出现相通。

“帽子”与石墨烯的不同

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不外,“帽子”准晶体也与石墨烯有不同之处,比如“帽子”铺砌块是手性的,这意味着如若对这种材料进行镜面反射,那么它的电子就会有不同的作为。在的确的材料中,这种手性可能会影响光与物资的互相作用。

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美国DexstarWheel Division of Americana Development Inc.公司(简称“申请人Dexstar公司”)于2023年7月7日向美国商务部递交一份范围裁定申请:要求美国商务部裁定在越南使用中国车轮组件生产的直径为12至16.5英寸的钢制车轮是否在商务部发布的《来自于中国产地的直径为12至16.5英寸钢制车轮的反倾销和发补贴税令》涉案范围内。由于美国商务部未在提交申请后31天内驳回申请人Dexstar公司的调查申请,根据美国联邦法规19CFR351.225之规定,本次范围调查被视为于2023年8月7日启动。申请人以外的利益相关方在调查启动后的30天内有一次机会向美国商务部提交抗辩意见和事实信息,申请人Dexstar公司可在14天内针对利益相关方提交的资料继续提交反驳意见或资料。美国商务部将根据调查情况发布最终范围裁决结果。

在这个动画中,一个基于“帽子”铺砌块的模拟材料披露,跟着磁场的加多,电子驱动被拿获。更亮的颜料默示找到零能电子的概率更高。(图/A. GRUSHIN/INSTITUT NÉEL/CNRS)

当接洽东说念主员将这种材料置于磁场中时,更多道理的特征出现了。在“帽子”铺砌块中,一小部分局势是其他部分的镜像。电子,很是是那些零能电子,会在特定的磁场值下被拿获在翻转的“帽子”周围。

接洽东说念主员以为,这些发现至极道理。诚然这种材料现时十足是表面上的,但接洽东说念主员提议了一些将这种材料变为现实的样式。举例,不错通过在一个平面上将分子按照“帽子”的局势甩掉。

#创作团队:

编译:佐佑

排版:雯雯

#参考起原:

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https://www.sciencenews.org/article/quasicrystal-einstein-tile-hat-shape

https://arxiv.org/pdf/2307.11054.pdf

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#图片起原:

封面图&首图:A. GRUSHIN/INSTITUT NÉEL/CNRS



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