В статье, опубликованной на прошлой неделе в Nature Communications, «Динамические краевые режимы Майорана в широком классе топологических механических систем» исследователи сообщают об открытии большого класса материалов с такими возможностями.«Примечательно то, что мы считаем, что эти свойства могут присутствовать во многих материалах, состоящих из димеров, химической структуры, в которой две одинаковые массы связаны друг с другом жесткой, почти нерастяжимой связью.
Димеры составляют строительные блоки многих клеточных компонентов и т. Похоже, что такое хранение энергии — это стратегия, которую ежедневно используют различные клетки во многих живых организмах », — отмечает Камелия Продан, доцент физики в NJIT и автор статьи.«Это исследование можно использовать для объяснения поведения клеток, которое еще не до конца изучено», — добавляет она.Статья основана на исследовании, финансированном за счет гранта в 1 миллион долларов от W.M.
В прошлом году Фонд Кека наградил Продан и ее сотрудника Эмиля Продана, профессора физики в Университете Ешивы, на исследование роли топологических краев фононов в функционировании микротрубочек — скелетного материала в эукариотических клетках. Фононные края — это кванты звуковой или колебательной энергии, ограниченные краем или поверхностью материала.Проданы особенно заинтересованы в том, как микротрубочки накапливают на своем краю энергию, которая не распространяется в их цилиндрических телах. Краевые моды Майораны эквивалентны типу субатомных частиц — майорановским фермионам — которые появляются в некоторых типах сверхпроводников.
Это энергетические колебания, возникающие на краю материала, который не может быть разрушен окружающей средой или разрушением материала.Они изучают возможность создания новых материалов с новыми физическими свойствами на основе топологических фононных краевых мод.
«В конечном счете, мы хотели бы создать материалы, которые имитируют это свойство — способность ограничивать энергию краем — для повышения сейсмостойкости зданий или, например, защиты пуленепробиваемых жилетов», — говорит она. «Мы также думаем, что это свойство может быть ключом к новому поколению противораковых агентов из-за той роли, которую топологические фононы могут играть в делении клеток. Прежде чем клетка сможет разделиться, микротрубочки должны распасться. В настоящее время химиотерапия работает, предотвращая деление клеток , но рецидивирующий рак находит способ ослабить эту защиту ».Работая с экспертами по нанотехнологиям из NJIT, Реджинальдом Фэрроу, профессором физики, и Алокиком Канвалом, доцентом-исследователем, они надеются предоставить первое экспериментальное подтверждение ключевой роли, которую эти топологические фононы играют во многих фундаментальных клеточных процессах, включая деление клеток и движение.
Кроме того, на основе результатов своего исследования микротрубочек и краевых режимов топологических фононов, исследовательская группа будет стремиться предсказать и создать новый класс материалов, называемых топологическими фононными кристаллами, с различными приложениями, от энергоэффективных солнечных элементов до звукоизоляции. и усиление, к изоляции.