En un gran avance para la física y la ingeniería, investigadores de Photonics Initiative en el Advanced Science Research Center en The Graduate Center, CUNY (CUNY ASRC) y de Georgia Tech han presentado la primera demostración del orden topológico basado en modulaciones de tiempo. Este avance permite a los investigadores propagar ondas sonoras a lo largo de los límites de los metamateriales topológicos sin el riesgo de que las ondas viajen hacia atrás o se vean frustradas por defectos materiales.

Los nuevos hallazgos, que aparecen en la revista Avances de la ciencia , allanará el camino para más barato, dispositivos más ligeros que consumen menos batería, y que puede funcionar en entornos hostiles o peligrosos. Andrea Alù, director fundador de la Iniciativa Fotónica CUNY ASRC y profesor de Física en The Graduate Center, CUNY, y el asociado de investigación postdoctoral Xiang Ni fueron los autores del artículo, junto con Amir Ardabi y Michael Leamy de Georgia Tech.

El campo de la topología examina las propiedades de un objeto que no se ven afectadas por deformaciones continuas. En un aislante topológico, las corrientes eléctricas pueden fluir a lo largo de los límites del objeto, y este flujo es resistente a ser interrumpido por las imperfecciones del objeto. Los avances recientes en el campo de los metamateriales han ampliado estas características para controlar la propagación del sonido y la luz siguiendo principios similares.

En particular, El trabajo anterior de los laboratorios de Alù y del City College de Nueva York, el profesor de física Alexander Khanikaev, utilizó asimetrías geométricas para crear un orden topológico en metamateriales acústicos impresos en 3D. En estos objetos, Se demostró que las ondas sonoras se limitan a viajar a lo largo de los bordes del objeto y alrededor de las esquinas afiladas. pero con un inconveniente importante:estas ondas no estaban completamente restringidas, podían viajar hacia adelante o hacia atrás con las mismas propiedades. Este efecto limitó inherentemente la solidez general de este enfoque al orden topológico del sonido. Ciertos tipos de desorden o imperfecciones reflejarían al revés el sonido que se propaga a lo largo de los límites del objeto.

Este último experimento supera este desafío, mostrando que la simetría de inversión del tiempo se rompe, en lugar de asimetrías geométricas, también se puede utilizar para inducir el orden topológico. Usando este método, la propagación del sonido se vuelve verdaderamente unidireccional, y muy resistente al desorden y las imperfecciones

"El resultado es un gran avance para la física topológica, como hemos podido mostrar el orden topológico que surge de las variaciones de tiempo, Que es diferente, y más ventajoso, que el gran volumen de trabajo sobre acústica topológica basado en asimetrías geométricas, "Dijo Alù." Los enfoques anteriores requerían inherentemente la presencia de un canal hacia atrás a través del cual se pudiera reflejar el sonido, lo que inherentemente limitaba su protección topológica. Con modulaciones de tiempo podemos suprimir la propagación hacia atrás y proporcionar una fuerte protección topológica ".

Los investigadores diseñaron un dispositivo hecho de una serie de resonadores piezoeléctricos circulares dispuestos en hexágonos repetidos, como una celosía de panal, y unido a un disco delgado de ácido poliláctico. Luego conectaron esto a circuitos externos, que proporcionan una señal modulada en el tiempo que rompe la simetría de inversión del tiempo.

Como bonificación, su diseño permite la programabilidad. Esto significa que pueden guiar las ondas a lo largo de una variedad de caminos reconfigurables diferentes, con mínima pérdida. Imágenes por ultrasonido, sonar, y los sistemas electrónicos que utilizan tecnología de ondas acústicas de superficie podrían beneficiarse de este avance, Dijo Alù.