En ny metasurface-model viser potentiale til at kontrollere akustisk bølgerefleksion

Et internationalt hold af forskere viste, hvordan en ikke-lineær elastisk metasflade kunne konvertere en bølges grundfrekvens til dens anden harmoniske. Strukturelle faktorer i metasoverflader, ligesom det rumlige arrangement af dets molekyler og dets sammensætning, understøtte dens optiske, elastiske og akustiske egenskaber. Udvikling af denne metasurface kan hjælpe arkitekter med at reducere støj fra forestillingssale til bybilleder. Disse resultater kan også forbedre tilsløringsteknologi for ubåde for at undgå ekkolodsdetektion.

Typisk, når en lydbølge rammer en overflade, den reflekterer tilbage ved den samme grundfrekvens med en anden amplitude. Deres model, rapporteret i Journal of Applied Physics , viser, at når en lydbølge rammer denne metasflade, hændelsens fundamentale frekvens vender ikke tilbage. I stedet, metasfladen omdanner denne energi til bølgens anden harmoniske resonans.

Vincent Tournat, en seniorforsker i akustik ved Frankrigs CNRS og en forfatter på papiret, forklaret, at "du sender en A440-pitch og efter refleksion, dette er omdannet til A880 pitch." Han forklarede, at denne bølgekonvertering er mulig "med en tynd reflekterende overflade ... meget mindre end den akustiske bølgelængde."

Tournat rapporterer, at de er blandt de første akustikgrupper, der studerede ikke-lineære akustiske metaoverflader. Deres laboratorium fokuserer på ikke-lineær akustik, som beskriver højamplitudebølgeinteraktioner med ikke-lineære elementer eller medier. For eksempel, dette underfelt studerer, hvordan en lyd interagerer med revner i et fast materiale, eller hvordan elastiske bølger interagerer med meget deformerbare strukturer.

Holdet udviklede deres nye metasurface-koncept fra tidligere eksperimentelt arbejde. Tidligere, de printede bløde gummimaterialer som PDMS, en siliciumbaseret polymer, arrangeret komponenterne i roterende firkantede konfigurationer, og sendte lydbølgeimpulser gennem strukturerne. Når impulser forplantede sig gennem PDMS-strukturer med en bestemt geometri, forskerne observerede en mærkelig effekt:udbredelsen af ​​solitoner, stabile ikke-lineære bølgeimpulser. Som resultat, den meget deformerbare struktur fremstod som en ideel platform til at designe en specifik elastisk ikke-linearitet.

Disse metaoverflader kunne forbedre støjkontrolteknologier betydeligt, fordi de bedre kunne isolere hovedproblemet i støjkontrol:lave frekvenser. "Hvis du konverterer energien til højere frekvenser, så kan du lettere absorbere det senere, " sagde Tournat.

Han citerer også, at tynde metaoverflader kan blive komponenter i mere komplekse enheder som akustiske dioder og transistorer. Disse resultater kunne endda anvendes på andre typer bølger. I optik, metasurfaces baseret på et lignende koncept "kunne erstatte anden harmonisk generation (SHG) krystaller, der bruges til at fordoble frekvensen af ​​en laser i transmission, " sagde Tournat.

Disse uventede refleksioner er næsten som et funhouse-spejl til lyd. "Det ville være analogt at se på dig i et spejl og få et reflekteret billede forskudt i det ultraviolette optiske område, " sagde Tournat. Går fremad, holdet sigter nu på at bygge metaoverfladen og eksperimentelt teste deres resultater.