En grupp forskare från Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), i samarbete med kinesiska forskare från University of Nanjing (NJU), har utformat en ny typ av akustisk isolering som gör att ljudvågor kan koncentreras i hörn. Denna forskning kan ha tillämpningar inom industriell ultraljudsteknik eller förbättring av vissa medicinska diagnostiska tester som ultraljud.

Forskningen faller inom området för studier av kondenserad fysik, mer specifikt, området topologiska material, som är fasta och som beter sig som elektriska isolatorer i sitt inre samtidigt som de möjliggör elektrisk ledning på ytan. En annan egenskap som gör dessa material intressanta är att de är "topologiskt skyddade, " det är, en signal förblir robust och okänslig för förekomst av föroreningar och defekter i materialet. Flera senaste forskningsprojekt har visat att topologiska isolatorer av högre ordning kan koncentrera energi i hörn. Vad UC3M- och NJU -forskarna har gjort är att "översätta" detta fenomen, som är välkänd inom teorin om kvantfysik, till klassisk akustik för att kunna fokusera akustisk energi i hörn. Resultaten publicerades nyligen i tidningen Fysiska granskningsbrev .

För att förklara processen intuitivt, forskarna använder skulpturen "Organo" (orgel) av Eusebio Sempere som exempel. Beläget i trädgårdarna i Fundación Juan March i Madrid (se bild), denna skulptur består av ihåliga aluminiumstänger som är separerade från varandra med några centimeter och placerade i ett fyrkantigt galler. 1995, Spanska forskare visade att skulpturen kunde dämpa ljud.

Med denna idé som utgångspunkt, flera studier har genomförts där, genom att kombinera två kristaller med olika topologier, ljud kunde endast transporteras genom gränssnittet mellan de två. "I detta fall, vi har tagit ytterligare ett steg. Studiestrukturen bildas av två soniska kristaller med olika topologi koncentriskt placerade. Denna nya konfiguration innebär att ljudet inte kan överföras genom hela strukturen, den är snarare fokuserad i hörnen mellan de två kristallerna. Ljudets intensitet i vart och ett av dessa hörn beror på de fysiska egenskaper som beaktas, "förklarar en av författarna till studien, Johan Christensen, från fysikavdelningen vid UC3M.

Dessa teoretiska förutsägelser har också validerats experimentellt i en artikel som publicerades i det senaste numret av tidskriften Avancerade material . "Utöver dess akademiska betydelse, vi räknar med att de erhållna resultaten kan användas för att fokusera akustisk energi, "tillägger en annan av författarna, María Rosendo López, en forskare från PHONOMETA -projektet vid UC3M. Potentiella applikationer inkluderar utveckling av nya vågledare, det är, fysiska strukturer som används för att styra ljudvågor. "Vi kan uppnå detta utan att vi behöver en fysisk kanal, utan snarare genom studiesystemets topologi. Detta fall av ljudtransport är relevant för filtrering och genomförande av applikationer. Till skillnad från traditionella passiva system, den här är mycket robust mot brister, säger María Rosendo López.

En annan potentiell tillämpning är akustisk-elektrisk omvandling. "Eftersom vi kan koncentrera ljudet i hörnen, skörda den akustiska energin, koncentrera dig i hörnen och omvandla den sedan till elektrisk energi, "tillägger forskarna. Dessa framsteg kan också ha tillämpningar inom industriell ultraljudsteknik eller förbättring av vissa medicinska diagnostiska tester som ultraljud, till exempel.