Японские ученые обнаружили, что паттерны Тьюринга, распространенные в живых организмах и химических системах, формируются в одноатомных слоях висмута. Открытие стало первым доказательством существования паттернов Тьюринга в наномасштабе. Результаты работы открывают новое направление в наноразмерной физике. Статья опубликована в журнале Nature Physics.
Паттерны Тьюринга — модель, описывающая разнообразные природные явления, предложенная английским математиком Аланом Тьюрингом в 1952 году для описания диффузии и химических реакций. Позже ученый продемонстрировал, что уравнения с точностью объясняют и другие явления, такие как пятна и полосы животных и другие типы макроскопических структур, возникающих в природе. Паттерны Тьюринга проявляются в самых разных масштабах — от сантиметров в окраске животных до микрометров в химических системах.
Теперь японские ученые обнаружили паттерны Тьюринга в нанометровом масштабе — эти структуры появляются в одноатомных слоях висмута. Первоначально исследователи хотели создать монослой висмута на подложке из диселенида ниобия, чтобы изучить двумерные физические явления, но обнаружили узоры, напоминающие окраску некоторых тропических рыб.
Команда разработала математическую модель, объясняющую лежащие в основе физические силы в соответствии с уравнениями динамической реакции-диффузии, которые создают паттерны Тьюринга. Ученые учли взаимодействия между парами атомов висмута и парами висмута и селена, а также валентные углы в триплетах висмута.
«Основываясь на наших результатах, можно будет удалять нежелательные узоры и создавать идеально плоские тонкие пленки, необходимые для наноэлектроники. С другой стороны, паттерны Тьюринга можно использовать для разработки новых устройств и изучения неизведанных областей физики, — говорит руководитель исследования Юки Фусея. — Еще один привлекательный аспект паттернов Тьюринга — то, что они не статичны, а находятся в состоянии динамического равновесия и могут самостоятельно восстанавливаться в случае повреждения».
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
