
Международная группа физиков из Германии, Сингапура, США и Греции обнаружила, что волокна паутины обладают запрещенной фононной зоной, соответствующей гиперзвуковым частотам. Это свойство подобно запрещенной зоне в полупроводниках, запрещающей электронам материала обладать энергией в некотором диапазоне. Применительно к волокнам паутины фононная запрещенная зона не позволяет распространяться в материале колебаниям определенной частоты. Это первый биоматериал, в котором обнаружено подобное свойство. Исследование опубликовано в журнале Nature Materials, кратко о нем сообщает пресс-релиз Университета Райса.Авторы использовали в эксперименте паутинные волокна паука Nephila edulis из рода кругопрядов-нефил. Физики исследовали рассеяние луча лазера на тепловых фононах — квантах колебаний материи в волокнах. В эксперименте лазер использовался как для возбуждения фононов, так и для их анализа. Особый интерес ученые уделили гигагерцовой области частот колебаний — гиперзвуку. Ей соответствует длина волны колебаний, сопоставимая с размерами неоднородностей в структуре паутины — порядка 300 нанометров. Оказалось, что на частоте 14,8 гигагерца существует запрещенная зона шириной 5,2 гигагерца. Причем ее ширина менялась при сжатии и растяжении материала. Вместе с тем авторы обнаружили необычную область с отрицательной групповой скоростью фононов. В ней, несмотря на то, что фононы двигались вперед, их групповая скорость была направлена назад. Это явление родственно с отрицательным коэффициентом преломления и может позволить фокусировать гиперзвуковые фононы. 
