皮皮虾科普网

皮皮虾科普网
分享国内外科学知识
皮皮虾科普网-国内外科学-科技-科普

科学家在保持声波完整性方面取得了重大突破

更新时间:2020-07-25 21:15点击:

在物理学和工程学方面的一项突破中,来自纽约大学研究生中心(CUNY ASRC)高级科学研究中心光子学倡议和佐治亚理工学院的研究人员首次展示了基于时间调制的拓扑顺序。这一进展使得研究人员可以沿着拓扑超材料的边界传播声波,而不用担心声波向后传播或被材料缺陷阻碍。

发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上的这项新发现,将为更便宜、更轻、耗电量更少、能在恶劣或危险环境下工作的设备铺平道路。Andrea Alu是纽约城市大学ASRC光子学项目的创始董事,也是纽约城市大学研究生中心的物理学教授,他和博士后研究助理向妮是这篇论文的作者,还有来自乔治亚理工大学的Amir Ardabi和Michael Leamy。

拓扑学研究对象不受连续变形影响的特性。在拓扑绝缘体中,电流可以沿着物体的边界流动,而且这种流动不会被物体的缺陷打断。最近在超材料领域的进展扩展了这些特性,以控制声音和光的传播遵循类似的原则。

特别是,Alu实验室和纽约城市学院物理教授Alexander Khanikaev之前的工作使用几何不对称来创建三维打印声学超材料的拓扑顺序。在这些物体中,声波被证明只能沿着物体的边缘和尖角传播,但有一个显著的缺点:这些声波没有被完全限制——它们可以以同样的性质向前或向后传播。这种效应内在地限制了这种方法对声音拓扑顺序的整体鲁棒性。某些类型的无序或缺陷确实会使沿着物体边界传播的声音向后反射。

这个最新的实验克服了这个挑战,证明了时间逆转的对称破坏,而不是几何不对称,也可以用来诱导拓扑顺序。使用这种方法,声音传播成为真正的单向,并强大的鲁棒,无序和不完善

Alu说:“这个结果是拓扑物理学的一个突破,因为我们已经能够显示出随着时间变化而出现的拓扑顺序,这是不同的,而且比基于几何不对称的拓扑声学的大量工作更有利。”“以前的方法内在地要求存在一个反向通道,通过它声音可以被反射,这内在地限制了它们的拓扑保护。”通过时间调制,我们可以抑制反向传播,并提供强大的拓扑保护。

研究人员设计了一种由一系列圆形压电谐振器组成的装置,这些谐振器排列成重复的六边形,就像蜂窝晶格,并与聚乳酸薄圆盘相连。然后,他们将其与外部电路连接,外部电路提供了打破时间逆转对称的时调信号。

另外,它们的设计允许可编程性。这意味着它们可以引导波沿各种不同的可重构路径行进,而且损失最小。Alu说,超声波成像、声纳和使用声表面波技术的电子系统都将受益于这一进步。