Учёные из Научно-исследовательского центра перспективных наук при Центре выпускников Городского университета Нью-Йорка (CUNY ASRC) обнаружили способ управления звуком и вибрациями с помощью концепции, вдохновлённой «твистроникой» — феноменом, изначально разработанным для электроники.
Их исследование, опубликованное в журнале [PNAS](https://doi.org/10.1073/pnas.2427049122), представляет «твистэластики» — метод, который использует крошечные повороты между слоями искусственных поверхностей для управления распространением механических волн.
Контроль звука и вибрации имеет важное значение для таких технологий, как ультразвуковая визуализация, микроэлектроника и передовые датчики. Традиционно эти системы основаны на фиксированных конструкциях, что ограничивает гибкость. Новый подход позволяет инженерам перенастраивать поведение волн, скручивая два слоя искусственных поверхностей, обеспечивая беспрецедентную адаптивность.
«Наша работа показывает, что, просто скручивая эти два слоя, мы можем достичь экстремального контроля над механическими волнами», — сказал Андреа Алу, профессор физики в Центре выпускников Городского университета Нью-Йорка и директор-основатель инициативы в области фотоники в CUNY ASRC. «Это открывает двери для новых технологий в области сенсорики, связи и обработки сигналов».
Для достижения своего прорыва команда объединила теорию, компьютерное моделирование и эксперименты с использованием 3D-печати прототипов для создания специальных поверхностей, называемых метаповерхностями, которые были оформлены микроскопическими столбами.
Когда две идентичные метаповерхности накладываются друг на друга и поворачиваются под разными углами относительно друг друга, их комбинированная структура изменяет способ распространения вибраций — переключаясь между различными топологиями, которые управляют направлением волн. При критическом угле поворота, получившем название «магический угол», волны становятся сильно сфокусированными и управляемыми, открывая возможности для более быстрой и эффективной обработки сигналов.
Введение твистэластики позволит лучше контролировать широкополосные сигналы в широком диапазоне частот и даст возможность быстро корректировать поведение волн, улучшая передачу информации. Новая техника также облегчит проектирование систем с большей устойчивостью к сбоям из-за производственных дефектов.
Исследователи ожидают, что их прорыв найдёт применение в медицинской визуализации, потребительской электронике и микрогидродинамике. Твистэластики в конечном итоге могут быть уменьшены до размеров чипа, что произведёт революцию в способах управления звуком и вибрациями в повседневных технологиях.
Предоставлено [CUNY Advanced Science Research Center](https://phys.org/partners/cuny-advanced-science-research-center/)