Un chemin théorique pour fabriquer des films minces composites artificiels dans lesquels les ondes sonores peuvent être arrêtées, inversées et même stockées pour une utilisation ultérieure a été réalisé par des physiciens de l’Université de l’Oregon.
Le chercheur postdoctoral Pragalv Karki et Jayson Paulose, professeur adjoint de physique, se sont concentrés sur les vibrations mécaniques dans les plaques élastiques minces, les éléments constitutifs de leur proposition de conception de films synthétiques connus sous le nom de métamatériaux, en utilisant une analyse théorique et informatique. Ils ont également développé un modèle plus simple composé de ressorts et de masses pour démontrer la capacité de manipulation du signal.
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«Il existe de nombreux mécanismes qui peuvent guider ou bloquer la transmission des ondes sonores à travers un métamatériau, mais notre conception est la première à arrêter et inverser dynamiquement une impulsion sonore», a déclaré Karki.
L’interaction entre la rigidité en flexion et la tension globale, deux paramètres physiques régissant la transmission du son dans les plaques minces, est au cœur de leur mécanisme. Alors que la rigidité en flexion est une propriété du matériau, la tension globale est un paramètre contrôlable de l’extérieur dans leur système.
Karki et Paulose du département de physique de l’UO et de l’Institut des sciences fondamentales ont décrit leur mécanisme, qu’ils appellent réglage de la dispersion dynamique, dans un article publié en ligne dans la revue Physical Review Applied.
«Si vous jetez une pierre sur un étang, vous voyez les ondulations», a déclaré Karki. «Mais que se passe-t-il si vous jetez la pierre et au lieu de voir des ondulations se propager vers l’extérieur, vous voyez simplement le déplacement de l’eau monter et descendre au point d’impact? C’est similaire à ce qui se passe dans notre système. »
La capacité de manipuler le son, la lumière ou toute autre onde dans des métamatériaux artificiellement fabriqués est un domaine de recherche actif, a déclaré Karki.
Les métamatériaux optiques, qui présentent des propriétés telles qu’un indice de réfraction négatif impossible avec les matériaux conventionnels, ont été initialement développés pour contrôler la lumière d’une manière qui pourrait être utilisée pour créer des capes d’invisibilité et des super-verres. Leur utilisation est explorée dans diverses applications telles que l’aérospatiale et la défense, l’électronique grand public, les dispositifs médicaux et la récupération d’énergie.
Les métamatériaux acoustiques sont généralement statiques et immuables, donc comment régler leurs propriétés est un défi permanent, a déclaré Karki. D’autres groupes de recherche ont proposé plusieurs stratégies, telles que l’utilisation de conceptions inspirées de l’origami ou la commutation magnétique.
« Dans notre cas, l’accordabilité vient de la capacité de changer la tension des membranes en forme de tambour en temps réel », a déclaré Karki.
Une inspiration supplémentaire, ont noté Karki et Paulose, est venue de la recherche dans le laboratoire UO du physicien Benjamín Alemán qui a été publiée dans Nature Communications en 2019. Le groupe d’Alemán a dévoilé un bolomètre nanomécanique en graphène, une membrane en forme de tambour qui peut détecter les couleurs de la lumière à des vitesses élevées et élevées. les températures. L’approche exploite un changement de tension mondiale.
Alors que le mécanisme du nouveau document a été identifié théoriquement et doit être prouvé dans des expériences en laboratoire, Karki a déclaré qu’il est convaincu que l’approche fonctionnera.
«Notre mécanisme de réglage de la dispersion dynamique est indépendant du fait que vous utilisiez des ondes acoustiques, lumineuses ou électroniques», a déclaré Karki. «Cela ouvre également la possibilité de manipuler les signaux dans les systèmes photoniques et électroniques.»
L’approche, a-t-il dit, pourrait inclure un traitement et un calcul améliorés du signal acoustique. La conception de métamatériaux acoustiques à base de graphène, tels que ceux du laboratoire d’Alemán, pourrait être utile dans des technologies telles que l’informatique basée sur les ondes, les transistors micromécaniques et les dispositifs logiques, les guides d’ondes et les capteurs ultrasensibles.
La source: Université de l’Oregon
