En un avance para la física y la ingeniería, investigadores de la Iniciativa Photonics en el Centro de Investigación de Ciencias Avanzadas en The Graduate Center, CUNY CUNY ASRC y de Georgia Tech presentaron la primera demostración de orden topológico basado en modulaciones de tiempo. Este avancepermite a los investigadores propagar ondas de sonido a lo largo de los límites de los metamateriales topológicos sin el riesgo de que las ondas viajen hacia atrás o se vean frustradas por defectos materiales.
Los nuevos hallazgos, que aparecen en la revista Avances científicos , allanará el camino para dispositivos más baratos y más livianos que usen menos energía de la batería y que puedan funcionar en entornos hostiles o peligrosos. Andrea Alù, directora fundadora de la Iniciativa Fotónica CUNY ASRC y Profesora de Física en The Graduate Center, CUNY,y el investigador postdoctoral asociado Xiang Ni fueron autores del artículo, junto con Amir Ardabi y Michael Leamy de Georgia Tech.
El campo de topología examina las propiedades de un objeto que no se ven afectadas por deformaciones continuas. En un aislante topológico, las corrientes eléctricas pueden fluir a lo largo de los límites del objeto, y este flujo es resistente a ser interrumpido por las imperfecciones del objeto. Avances recientes en elEl campo de metamateriales ha ampliado estas características para controlar la propagación del sonido y la luz siguiendo principios similares.
En particular, el trabajo previo de los laboratorios de Alù y el Profesor de Física del City College of New York, Alexander Khanikaev, utilizó asimetrías geométricas para crear un orden topológico en metamateriales acústicos impresos en 3D. En estos objetos, las ondas de sonido se mostraron limitadas a viajar a lo largolos bordes del objeto y alrededor de esquinas afiladas, pero con un inconveniente significativo: estas ondas no estaban completamente restringidas, podían viajar hacia adelante o hacia atrás con las mismas propiedades. Este efecto inherentemente limitaba la robustez general de este enfoque del orden topológico para el sonidoCiertos tipos de desorden o imperfecciones de hecho reflejarían hacia atrás el sonido que se propaga a lo largo de los límites del objeto.
Este último experimento supera este desafío, mostrando que la ruptura de la simetría de inversión de tiempo, en lugar de las asimetrías geométricas, también se puede usar para inducir el orden topológico. Usando este método, la propagación del sonido se vuelve verdaderamente unidireccional y muy resistente al desorden y las imperfecciones
"El resultado es un gran avance para la física topológica, ya que hemos podido mostrar el orden topológico que emerge de las variaciones temporales, que es diferente y más ventajoso que la gran cantidad de trabajo sobre acústica topológica basada en asimetrías geométricas", Alù"Los enfoques anteriores requerían inherentemente la presencia de un canal hacia atrás a través del cual se podía reflejar el sonido, lo que inherentemente limitaba su protección topológica. Con las modulaciones de tiempo podemos suprimir la propagación hacia atrás y proporcionar una fuerte protección topológica".
Los investigadores diseñaron un dispositivo hecho de una matriz de resonadores piezoeléctricos circulares dispuestos en hexágonos repetidos, como una red de panal, y unidos a un disco delgado de ácido poliláctico. Luego lo conectaron a circuitos externos, que proporcionan una señal modulada en el tiempoeso rompe la simetría de inversión de tiempo.
Como beneficio adicional, su diseño permite la programabilidad. Esto significa que pueden guiar las ondas a lo largo de una variedad de caminos reconfigurables diferentes, con una pérdida mínima. Las imágenes de ultrasonido, el sonar y los sistemas electrónicos que usan tecnología de ondas acústicas de superficie podrían beneficiarse de este avance, Dijo Alù.
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Materiales proporcionado por Centro de Investigación de Ciencias Avanzadas, GC / CUNY . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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