Вчені з Бельгії, Франції та США запропонували формальну модель, що включає в себе опис оригінальної квазічастинки – рінклона.

Англійська назва квазічастинки (wrinklon), утворене від слова wrinkle, яким позначають зморшки або складки, відбиває 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 недавно графен.

Розробка моделі почалася з експериментів із 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 статечної залежністю λ (х) ~ хm. Надалі з'ясувалося, що утворення складок на підвішеній графенової мембрані підкоряється тим же законам.

Складки на графенової мембрані, підвішеній над борозенкою, і шторі з тонкого шару латексу. Масштабні смужки – 1 мкм і 25 см. (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 рінклона – структурного елементу, багаторазове повторення якого характеризує всю сукупність складок. Окремий рінклон відповідає за перехідну область, в якій дві складки з «довжиною хвилі» λ об'єднуються з утворенням більш великої. Кожному рінклону при цьому відповідає деякий розмір L, що визначається характеристиками матеріалу і значенням λ.

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

Ця модель, як сподіваються її 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 шаріввходить в той чи інший зразок, і виділяти одношаровий графен.

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

Результати дослідів з поліпропіленом різної товщини, які демонструють подібність рінклонов.

За матеріалами: Physicsworld.Com

Tweet