È stato scoperto un nuovo meccanismo che controlla il flusso del suono

L’effetto del campo magnetico sugli elettroni ha un’ampia influenza. Può portare a molti fenomeni unici nei materiali. Per molte applicazioni, sarebbe utile se lo stesso si ottenesse per le vibrazioni e le onde sonore. Gli scienziati desideravano da tempo vedere se un effetto simile di un campo magnetico sugli elettroni potesse essere ottenuto sul suono che non ha una carica.

In un nuovo studio, gli scienziati dell’AMOLF hanno utilizzato una rete di nanostringhe vibrazionali controllate dalla luce per controllare il flusso del suono. Sono stati in grado di fare Le onde sonore si muovono in una direzione definita e irreversibile Le onde vengono attenuate o amplificate per la prima volta in modo controllato. Questo porta all’effetto del laser sul suono.

Sorprendentemente, gli scienziati hanno escogitato nuovi meccanismi chiamati “fasi geometriche”. Questo meccanismo ha permesso loro di controllare e trasmettere il suono in sistemi ritenuti impossibili.

Il capogruppo Ewald Verhagen ha dichiarato: “Questo apre la strada a nuovi tipi di materiali (descrittivi) con proprietà che non conosciamo ancora dai materiali esistenti”.

Campo magnetico del suono

Poiché non vi è alcun addebito per le vibrazioni meccaniche, non rispondono campi magnetici. Ma è sensibile alla pressione della radiazione luminosa.

Gli scienziati hanno quindi utilizzato la luce laser per influenzare i risonatori nanomeccanici.

Verhagen ha detto, “Ora abbiamo dimostrato che se creiamo una rete di nanostringhe multivibrazionali, possiamo percepire una gamma di modelli di vibrazione non convenzionali illuminando le stringhe con la luce laser. Ad esempio, siamo stati in grado di far muovere le particelle sonore (fononi) in una direzione in nello stesso modo in cui si muovono in una direzione, gli elettroni entrano Effetto Hall quantistico. “

Gli scienziati si sono anche resi conto che la pressione delle radiazioni potrebbe essere utilizzata anche per controllare l’amplificazione e l’attenuazione del suono.

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Verhagen ha detto, “Tale amplificazione o attenuazione è impossibile per gli elettroni in un campo magnetico”.

Gli scienziati sono i primi a condurre esperimenti in cui la luce propulsiva amplifica le onde sonore, confermando anche che sono soggette a un effetto simile a un campo magnetico.

Verhagen Egli ha dettoE il Abbiamo scoperto che l’amplificazione e la rottura della simmetria con inversione temporale portano a una serie di effetti fisici nuovi e inaspettati. Innanzitutto, la luce laser determina la direzione in cui il suono viene amplificato. Nell’altra direzione, il suono è bloccato. Ciò è causato da una fase geometrica: una quantità che indica quanto si trasforma l’onda sonora mentre attraversa la rete di nanostring, che in questo caso è causata dalla pressione di radiazione. “

“Il nostro esperimento ci ha permesso di controllare e modificare completamente quella fase geometrica. Inoltre, abbiamo utilizzato la pressione di radiazione della luce laser per amplificare il suono. Questo suono può oscillare automaticamente, come una luce in un laser. Abbiamo scoperto che la fase geometrica applichiamo determina se ciò accadrà o meno e con quale potenza amplificare.

Abbiamo scoperto che nuove fasi ingegneristiche possono essere raggiunte in sistemi in cui ciò non era possibile. In tutte queste fasi influenzano l’amplificazione, la direzione e il tono delle onde sonore.

Le fasi geometriche sono importanti in molti rami della fisica, poiché descrivono il comportamento di diversi sistemi e materiali. Se combinato con campi magnetici, può risultare in un isolante topologico di Elettroni, ma definire le proprietà di una variabile “sana” in base ai principi scoperti è qualcosa che dobbiamo ancora imparare. Tuttavia, sappiamo che questo non sarà lo stesso di tutto ciò che sappiamo”.

“Possiamo studiare ulteriormente gli effetti attaccando più nanocatene in ‘supermateriali’ sonori che controlliamo con la luce. Ma gli effetti che abbiamo osservato dovrebbero applicarsi a una gamma di onde senza carica, tra cui luce, microonde e atomi freddi. , ecc. Noi ci aspettiamo che attraverso i nuovi meccanismi che abbiamo scoperto sarà possibile produrre nuovi materiali (descrittivi) con proprietà che non conosciamo ancora dai materiali esistenti”.

“Tali materiali e sistemi hanno proprietà insolite che possono avere applicazioni utili. È ancora troppo presto per dare una panoramica completa delle possibilità. Tuttavia, possiamo già identificare alcune tendenze potenziali. Ad esempio, un amplificatore unidirezionale per onde potrebbe avere applicazioni utili nella comunicazione quantistica Possiamo anche rendere i sensori molto più sensibili rompendoli simmetria di riflessione del tempo. “

Riferimento del giornale:

  1. Javier del Pino, Jesse J. Slim, Ewald Verhagen, Acustica chirale non ermetica attraverso lo stress indotto meccanicamente, Natura, 2 giugno (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-04609-0
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Fino Neri

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