I denna typ av strukturer, ljudsignaler förblir robusta och okänsliga för buller som orsakas av föroreningar och defekter i materialet. Inom ramen för denna forskning, forskare har upptäckt att den akustiska topologiska isolatorn kan fungera som en extremt robust vågledare, kan utstråla ljud i en mycket smal stråle mot det bortre fältet. Denna fokuserade akustiska stråle kan vara extremt viktig för applikationer som icke-destruktiv testning med ultraljud eller vid diagnostiska ultraljudsskanningar inom medicin och biologi, som forskarna påpekat.

I en artikel, nyligen publicerad i tidningen Kommunikationsfysik tillsammans med fysiker från University of Nanjing (Kina) och Stanford University (USA), forskare har granskat de senaste studierna om utvecklingen av detta ämne relaterat till kvantfysik. Detta forskningsområde ligger i framkant inom fysiken och vann Nobelpriset i fysik 2016. Forskarna som genomförde denna studie ville se om fenomenet topologiska isolatorer, traditionellt används i kvantfysik för att styra elektriska signaler, kan ha en likvärdig effekt med ljudvågor.

"Tanken var att använda ett koncept så exotiskt att det kunde skapa helt nya möjligheter för akustiska givare, sensorer och vågledare. Dessutom, ur ett mer fysiskt perspektiv, det skulle innebära att vissa effekter inom kvantfysik har en motsvarighet i klassisk ljudvågsfysik ", kommenterar en av författarna till studien, Johan Christensen, från fysikavdelningen vid UC3M.

För detta, forskarna ville efterlikna den så kallade "dalen-Hall-effekten", används för att undersöka elektrisk ledning i olika ledande och halvledande material. Denna effekt innebär att magnetfältet tenderar att separera de positiva laddningarna från de negativa laddningarna i motsatta riktningar, så "dalarna" är max och minimum av elektronenergi i ett kristallfast material. Balansen återställs när kraften som appliceras av det elektriska fältet som genereras av fördelningen av laddningar motsätter sig kraften som appliceras av magnetfältet. Med syftet att efterlikna en akustisk version av denna dalhallseffekt, forskarna skapade en konstgjord makroskopisk kristall inspirerad av vävning av japanska korgar som kallas "kagome, "ersättning av bambu med små cylindrar av epoxiharts. Denna kristalls funktion förklarades förra året i flera artiklar som publicerades av Johan Christensen i de vetenskapliga tidskrifterna Avancerade material och Fysiska granskningsbrev .

"Nyfiket, de akustiska topologiska tillstånden relaterade till dalen-Hall-effekten visar en cirkulerande virvel som, till vår förvåning, har producerat oväntade och oöverträffade egenskaper för akustik", förklarar Johan Christensen. "Vår Kagome -kristall visade otroligt motstånd mot uttalade defekter, kurvor och vändningar när ljudet styrs över kristallens yta eller gränsyta".