Los físicos de la Universidad de Oregon han desarrollado un nuevo método para manipular el sonido:deténgalo, revertirla, guárdelo e incluso úselo más tarde, en estructuras compuestas sintéticas conocidas como metamateriales.

El descubrimiento se realizó mediante análisis teórico y computacional de las vibraciones mecánicas de placas elásticas delgadas, que sirven como bloques de construcción para el diseño propuesto. Los físicos Pragalv Karki y Jayson Paulose, También desarrolló un modelo mínimo más simple que consta de resortes y masas que demuestran la misma capacidad de manipulación de señales.

"Ha habido muchos mecanismos que pueden guiar o bloquear la transmisión de ondas sonoras a través de un metamaterial, pero nuestro diseño es el primero en detener y revertir dinámicamente un pulso de sonido, "dijo Karki, Investigador postdoctoral en el Departamento de Física e Instituto de Ciencias Fundamentales de la UO.

La interacción entre la rigidez a la flexión y la tensión global, dos parámetros físicos que gobiernan la transmisión del sonido en placas delgadas, está en el corazón de su mecanismo de manipulación de señales. Si bien la rigidez a la flexión es una propiedad del material, La tensión global es un parámetro controlable externamente en su sistema.

Karki y Paulose, profesor asistente de física y miembro del Instituto de Ciencias Fundamentales, describió su nuevo mecanismo, que ellos llaman sintonización de dispersión dinámica, en un artículo publicado en línea el 29 de marzo en la revista Revisión física aplicada .

"Si arrojas una piedra a un estanque, ves las ondas, "Dijo Karki." Pero, ¿qué pasa si arrojas la piedra y en lugar de ver ondas que se propagan hacia afuera, solo ves el desplazamiento del agua subiendo y bajando en el punto de impacto? Eso es similar a lo que sucede en nuestro sistema ".

La capacidad de manipular el sonido. la luz o cualquier otra onda en metamateriales artificiales es un área activa de investigación, Dijo Karki.

Metamateriales ópticos o fotónicos, que presentan propiedades como un índice de refracción negativo que no es posible con materiales convencionales, Inicialmente se desarrollaron para controlar la luz de formas que pudieran usarse para crear capas de invisibilidad y superlentes.

Su uso se está explorando en diversas aplicaciones como la aeroespacial y la defensa, electrónica de consumo, dispositivos médicos y recolección de energía.

Los metamateriales acústicos suelen ser estáticos e inmutables una vez producidos, y ajustar dinámicamente sus propiedades es un desafío continuo, Dijo Karki. Otros grupos de investigación han propuesto varias estrategias para sintonizar la transmisión acústica, que van desde diseños inspirados en origami hasta conmutación magnética.

"En nuestro caso, la sintonización proviene de la capacidad de cambiar la tensión de las membranas en forma de tambor en tiempo real, "Dijo Karki.

Inspiración adicional, Karki y Paulose notaron, provino de una investigación en el laboratorio de la UO del físico Benjamín Alemán. En Comunicaciones de la naturaleza en 2019, El grupo de Alemán presentó un bolómetro nanomecánico de grafeno, una membrana similar a un tambor que puede detectar colores de luz a altas velocidades y altas temperaturas. El enfoque aprovecha un cambio en la tensión global.

Si bien el mecanismo del nuevo artículo se identificó teóricamente y debe probarse en experimentos de laboratorio, Karki dijo:confía en que el enfoque funcionará.

"Nuestro mecanismo de ajuste de dispersión dinámica es independiente de si utiliza acústica, ondas luminosas o electrónicas, "Esto abre la posibilidad de manipular señales en sistemas fotónicos y electrónicos también", dijo Karki.

Posibilidades, él dijo, incluyen procesamiento y cálculo de señales acústicas mejorados. Diseñar metamateriales acústicos basados ​​en grafeno, como los desarrollados en el laboratorio de Alemán, podría dar lugar a una variedad de usos como la informática basada en ondas, transistores micromecánicos y dispositivos lógicos, guías de ondas y sensores ultrasensibles.

"Nuestro diseño podría construirse a microescala con grafeno y a gran escala utilizando láminas de membrana en forma de tambor, "Karki dijo." Tocas la cadena de tambores, creando un patrón particular de sonido que se mueve en una dirección, pero afinando la tensión de los tambores, podemos detener el sonido y almacenarlo para uso futuro. Puede invertirse o manipularse en cualquier número de otros patrones ".