04/04/2011 - Sie entwickeln neue Materialien aus versteckten Symmetrien in der Natur

Menéame

Ingenieure und Forscher an der Penn State University haben neue Arten von Symmetrien in der Struktur der Elemente in der Natur entdeckt, die die Möglichkeiten für die Entwicklung neuer fortgeschrittener Materialien erheblich erweitern würden. Die Entdeckung beinhaltet eine neue Art und Weise, die Struktur von Proteinen, Polymeren und Mineralien zu verstehen, zum Beispiel, indem man einen neuen Bereich für die Anwendung in Engineering-Materialien öffnet. Auf Pablo Javier Piacente.

Anwendungen würden auf Ultraschallgeräte der neuesten Generation gelangen

Die Symmetrien in der Natur scheinen weiterhin Geheimnisse zu bewahren, aber eine Gruppe von Ingenieuren an der US Penn State University hat es geschafft, einige von ihnen zu entschlüsseln. Neue Informationen über das Verhalten von Polymeren, Mineralien oder Proteinen werden für die Entwicklung fortgeschrittener Werkstoffe der neuesten Generation von entscheidender Bedeutung sein und können beispielsweise in Bereichen wie der Informatik oder Ultraschall verwendet werden.

Dieser Fortschritt wurde in einem Artikel der Fachzeitschrift Nature Materials veröffentlicht und wurde auch über eine Pressemitteilung der Penn State University verbreitet. Die Forschung wird in verschiedenen Disziplinen, wie Physik, Chemie, Biologie und Ingenieurwesen, große Auswirkungen haben.

Vor dieser Untersuchung kannten Wissenschaftler und Ingenieure fünf verschiedene Arten von Symmetrien, die zum Verständnis der natürlichen Materialstrukturen verwendet wurden. Vier dieser Ansätze waren seit langem bekannt, während eine fünfte Art von Symmetrie, die so genannte Zeitumkehr, vor 60 Jahren entdeckt wurde.

Nun, eine Gruppe von Spezialisten, die von Venkatraman Gopalan und Daniel B. Litvin von der Penn State University hat eine neue Symmetrie hinzugefügt. Dieser sechste Ansatz hat dazu geführt, dass die Zahl der bekannten Formen, mit denen die Komponenten symmetrisch kombiniert werden, von 1.651 auf mehr als 17.800 Formen gestiegen ist.

Versteckte Symmetrien

Laut Gopalan und Litvin stützt sich die Entdeckung auf eine neue mathematische Struktur, die es ermöglicht, die fünf vorhergehenden Symmetrien mit diesem letzten Ansatz zu kombinieren, wodurch die kristallinen Materialien eine viel größere Anzahl von Formen in ihren symmetrischen Gruppierungen aufweisen.

Die neue Symmetrie der Rotations-Investitionen bereichert die mathematische Sprache, die Forscher verwenden, um die Struktur eines kristallinen Materials zu beschreiben und seine Eigenschaften vorherzusagen. Es handelt sich um einen völlig neuen Ansatz, der auf einem statischen Element der Materialstruktur und nicht auf der gesamten Struktur von Anfang an beruht.

Was ist der Wert dieser Entdeckung auf dem Gebiet der Entwicklung neuer fortgeschrittener Werkstoffe? Es ist immer noch unberechenbar, da die symmetrischen Gruppierungen in den Materialien eine große Bedeutung haben, da die Symmetrie alle Naturgesetze diktiert, die auf dem bekannten physischen Universum wirken.

Der Fund kam, als Gopalan erkannte, dass das einfache Konzept der Umkehrung des Sinnes, in dem sich eine Spiralstruktur natürlich dreht, die Tür zu einer neuen Art von Symmetrie öffnete. So, in der gleichen Weise wie eine quadratische Form hat die Eigenschaft, die Rotationssymmetrie zu erreichen, auch wenn es nicht rotiert, Gopalan entdeckt, dass die Spiralform die Rotations-Investitionen Symmetrie hält, obwohl sie nicht physisch gezwungen ist, in die entgegengesetzte Richtung zu drehen.

Wichtige Anwendungen

Neben diesem Konzept der Rotations-Investitionen ergab die Arbeit strukturelle Symmetrien, die zuvor in Materialien nicht anerkannt wurden, die verschiedene Arten von richtungweisenden Strukturen enthalten. Dies ist der Fall bei wichtigen biologischen Molekülen wie DNA, Zucker und Proteinen.

Daher wurde anerkannt, dass verschiedene octaedrische Neigungsstrukturen in einer Vielzahl von kristallinen Materialien üblich sind, in denen die verschiedenen Komponenten durch gemeinsame Atomnetze eng miteinander verbunden sind. Die Forscher sind der Ansicht, dass die Komponenten von Materialien mit Rotations-Investment-Symmetrie für eine Vielzahl neuer Anwendungen verwendet werden könnten.

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