图灵模式在单原子鞭毛层的纳米级表现

人脑自然擅长的一件事是识别各种模式,例如斑马上的条纹,乌龟的贝壳甚至晶体的结构。由于我们在数学和自然科学方面的进步,我们不仅限于看到模式。亚博老虎机网登录我们还可以理解它们很容易源于纯粹的随机性。

具有单个数学解释的不同自然模式的一个显着示例是图灵模式。这些模式在1952年由著名的数学家艾伦·图灵(Alan Turing)构想,作为对一组微分方程的解决方案,这些方程描述了满足一些条件的化学物质的扩散和反应。

图灵(Turing)远远超出了纯化学,表明这种方程式在非常精确的程度上解释了斑点,条纹和其他类型的宏观模式在自然界中如何自发地出现。图灵模式在形态发生中也起作用 - 生物体发展其形状的过程。

令人惊讶的是,从动物色素沉着的厘米到纯化学系统中的微米,图灵模式背后的基本机制被保存在截然不同的尺度上。这是否意味着在单个原子的位置可以在纳米尺度上找到图灵模式。

日本电信大学的副教授Yuki Fuseya最近发现答案是肯定的!Fuseya博士是一位专家(BI)(BI)及其在凝结物理学中的应用,从未想象过使用图灵模式,这些模式主要在数学生物学中进行了研究。然而,在注意到他在双性儿童层中看到的一些神秘的周期性条纹时,福西亚博士得到了他们实际上可能是图丁模式的疯狂想法。经过三年的反复试验,他终于找到了成功!

在一项发表的研究中自然物理学,Fuseya博士领导了一支研究团队(包括来自日本北海道大学的Hiroyasu Katsuno,法国PSL研究大学的Kamran Behnia和美国斯坦福大学的Aharon Kapitulnik)发现了混凝土证据,表明Turing模式可以在较小的尺度上显示出来比以前的想法。

神秘的双条纹的发现是偶然的。研究人员最初旨在在二维二维物理现象上产生双苯胺底物上的BI单层。他们看到的是条纹模式,有五个原子(约1.7 nm),带有Y形连接处。这些条纹与在某些热带鱼类中发现的条纹具有显着相似之处,这些鱼类自然是图灵模式之一。受到这一观察的启发,Fuseya博士的团队从理论的角度更详细地研究了BI单层问题。

该团队开发了一个数学模型,该模型以与产生图丁模式的动态扩散反应方程相一致的方式解释了潜在的物理力。在此模型中,考虑了BI-BI对,BI和Selenium(SE)对和BI-BI-BI三胞胎中的键角之间的相互作用。研究人员进行了数值模拟,并验证了生成的模式是否与先​​前的实验结果相似。

这些前所未有的发现铺平了通往纳米级物理学的新研究方向的道路,该方向可以考虑甚至利用图灵模式。“根据我们的发现,我们可能会去除不良图案并制作出完全平坦的薄膜,这对于纳米电子学至关重要。另一方面,我们可以将图灵模式用作新设备的构件来研究未开发的物理领域,”突出显示Fuseya博士。图灵模式的另一个有吸引力的方面是,尽管它们外观,但它们并不是静态的。取而代之的是,它们处于动态平衡状态,这意味着如果损坏,它们可以自己“修复”。“我们发现,无机固体BI能够像生物一样能够伤口愈合。该特性可能会通过结合扩散和反应现象来产生新技术,以生产纳米级设备,”弗西亚博士说。

令人着迷的是,在相距多个数量级的尺度上,以完全相同的方式可以从随机性中出现秩序。这项研究表明,从热带鱼的色素沉着到纳米级晶体生长,在各种规模上都在自然界中形成联系。

来源:https://cactusglobal.com/

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