Просмотр по

Метаматериал «туннелирует» звуковые волны сквозь препятствия

Метаматериал «туннелирует» звуковые волны сквозь препятствия

Акустический метаматериал, который позволяет звуковой волне преодолевать препятствия без потерь, создан в Университете Нанкина (Китай). «Нас заинтересовало, сможем ли мы сделать простой, но компактный метаматериал почти нулевой плотности всего из нескольких полиэтиленовых мембран, — рассказывает профессор физики Сяоцзюн Лю (Xiaojun Liu). — И если да, то можем ли мы с его помощью манипулировать звуком, создавать устройства, обеспечивающие акустическую невидимость и другие странные свойства».

В предпринимавшихся ранее попытках получить околонулевую плотность, использовались катушки и фононные кристаллы для создания «конусов Дирака». Прототипы имели большие размеры, сложную геометрическую структуру и плохо справлялись с задачей замедления звуковых волн, что ограничивало возможности их практического применения.

Новая минималистская реализация идеи нулевой плотности описана в статье, опубликованной в Journal of Applied Physics. Эта конструкция состоит из полиэтиленовых пленок толщиной 0,125 мм с квадратной сеткой из пробитых в них 9-миллиметровых отверстий. Все это размещается внутри металлического волновода.

Интенсивный резонанс мембран значительно уменьшает эффективную плотность структуры, являющуюся мерой ее динамического отклика на падающие звуковые волны. Согласно второму закону Ньютона, такое уменьшение приводит к тому, что среднее ускорение приближается к бесконечности.

Если звук с частотой 990 Гц быстро ускоряется в этом материале, мембраны действуют как туннель для него, заключая волны в локальных субволновых областях. Это позволяет звуковым волнам распространяться без накопления фазового сдвига или искажения волнового фронта, аналогично квантовому туннельному эффекту.

В дальнейшем, такой метаматериал, по-видимому, будут интегрировать в различные акустические цепи и структуры. Тестируя его в составе волнового сплиттера, исследователи получили 80%-й рост эффективности передачи энергии, вне зависимости от угла падения волны. Кроме того, они могли регулировать частоту сети метаматериала изменяя натяжение и физические размеры мембраны.

Лю и его коллеги также применили мембранную сеть для получения планарных гиперлинз, устройств, позволяющих ученым изучать детали объектов, обычно неразличимые из-за дифракционного предела разрешения. В дальнейших планах — построение интеллектуальных акустических структур, таких как логические вентили для коммуникационных систем, функционирующие в экстремальных условиях, неприемлемых для работы фотонных или электронных устройств.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *