En ny type akustisk isolering gør det muligt at koncentrere lyd i hjørner

En gruppe forskere fra Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), i samarbejde med kinesiske forskere fra University of Nanjing (NJU), har designet en ny type akustisk isolering, der gør det muligt at koncentrere lydbølger i hjørner. Denne forskningslinje kan have anvendelser inden for industrielle ultralydsteknologier eller til forbedring af visse medicinske diagnostiske tests, såsom ultralyd.

Forskningen falder inden for studieretningen af ​​kondenseret fysik, mere specifikt, området topologiske materialer, som er solide, og som opfører sig som elektriske isolatorer i deres indre, samtidig med at det muliggør elektrisk ledning på overfladen. En anden funktion, der gør disse materialer interessante, er, at de er "topologisk beskyttet, " det er, et signal forbliver robust og ufølsomt over for tilstedeværelsen af ​​urenheder og defekter af materialet. Flere nylige forskningsprojekter har vist, at topologiske isolatorer af højere orden kan koncentrere energi i hjørner. Hvad UC3M- og NJU -forskerne har gjort er at "oversætte" dette fænomen, som er velkendt i teorien om kvantefysik, til klassisk akustik for at kunne fokusere akustisk energi i hjørner. Resultaterne blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve .

For at forklare processen intuitivt, forskerne bruger skulpturen "Organo" (orgel) af Eusebio Sempere som et eksempel. Beliggende i haverne ved Fundación Juan March i Madrid (se billede), denne skulptur består af hule aluminiumstænger, der er adskilt fra hinanden med et par centimeter og placeret i et firkantet gitter. I 1995, Spanske forskere viste, at skulpturen var i stand til at dæmpe lyd.

Ved at bruge denne idé som udgangspunkt, der er blevet gennemført flere undersøgelser, hvor ved at kombinere to krystaller med forskellige topologier, lyd kunne kun transporteres gennem grænsefladen mellem de to. "I dette tilfælde, vi har taget et yderligere skridt. Studiestrukturen er dannet af to soniske krystaller med forskellig topologi koncentrisk placeret. Denne nye konfiguration betyder, at lyden ikke kan overføres gennem hele strukturen, men den er snarere fokuseret i hjørnerne mellem de to krystaller. Intensiteten af ​​lyden i hvert af disse hjørner afhænger af de fysiske egenskaber, der tages i betragtning, "forklarer en af ​​forfatterne til undersøgelsen, Johan Christensen, fra fysikafdelingen ved UC3M.

Disse teoretiske forudsigelser er også blevet valideret eksperimentelt i en artikel, der blev offentliggjort i det seneste nummer af tidsskriftet Avancerede materialer . "Ud over sin akademiske betydning, vi forventer, at de opnåede resultater kan bruges til at fokusere akustisk energi, "tilføjer en anden af ​​forfatterne, María Rosendo López, en forsker fra PHONOMETA -projektet på UC3M. Potentielle applikationer omfatter udvikling af nye bølgeledere, det er, fysiske strukturer, der bruges til at styre lydbølger. "Vi kan opnå dette uden behov for en fysisk kanal, men snarere ganske enkelt gennem undersøgelsessystemets topologi. Dette tilfælde af lydtransport er relevant til filtrering og udførelse af applikationer. I modsætning til traditionelle passive systemer, denne er yderst robust mod ufuldkommenheder, ”siger María Rosendo López.

En anden potentiel anvendelse er akustisk-elektrisk konvertering. "Da vi er i stand til at koncentrere lyden i hjørnerne, høste den akustiske energi, koncentrer dig i hjørnerne og konverter det derefter til elektrisk energi, "tilføjer forskerne. Disse fremskridt kan også have anvendelser inden for industrielle ultralydsteknologier eller forbedring af visse medicinske diagnostiske tests, såsom ultralyd, for eksempel.