Las ondas acústicas en gases, líquidos y sólidos generalmente viajan a una velocidad casi constante del sonido. Los llamados rotones son una excepción: su velocidad del sonido cambia significativamente con la longitud de onda, y también es posible que las ondas viajen hacia atrás.Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe KIT están estudiando las posibilidades de usar rotones en materiales artificiales. Estos metamateriales diseñados por computadora, producidos por impresión láser 3D ultraprecisa, podrían usarse en el futuro para manipular o dirigir el sonido de maneras que hannunca antes había sido posible. Se ha publicado un informe sobre el trabajo de los investigadores en Comunicaciones de la naturaleza .
Los rotones son cuasipartículas, lo que significa que se comportan de manera similar a las partículas libres. A diferencia de las ondas acústicas ordinarias en gases, líquidos y sólidos, la velocidad del sonido cambia significativamente con la longitud de onda. Además, ciertas frecuencias generan tres ondas parciales diferentes ".La más lenta de ellas es una onda hacia atrás: el flujo de energía y los frentes de onda corren en direcciones exactamente opuestas ", explica el profesor Martin Wegener del Instituto de Física Aplicada APH y del Instituto de Nanotecnología INT de KIT. Comprender y beneficiarse de las cuasipartículas comocomo rotones es uno de los grandes desafíos de la física cuántica. El físico Lev Landau, que ganó un premio Nobel en 1962 por su trabajo pionero, predijo su existencia en el contexto de la superfluidez, una condición en la que un fluido pierde su fricción interna y se vuelve térmicamenteconductivo de una manera casi ideal. Hasta ahora, los rotones solo podían observarse en condiciones físicas cuánticas especiales a temperaturas muy bajas.- y, por lo tanto, no eran adecuados para aplicaciones técnicas.
Rotones sin efectos cuánticos
Esto podría cambiar en el futuro: en el Grupo de Excelencia 3D Matter Made to Order de KIT y la Universidad de Heidelberg, un grupo de investigadores está trabajando en metamateriales que "hacen crecer" los rotones. Los metamateriales exhiben elementos ópticos, acústicos, eléctricos opropiedades magnéticas que no se encuentran en la naturaleza. Los científicos proponen un material artificial que puede producir rotones sin ningún efecto cuántico en condiciones ambientales normales y en frecuencias o longitudes de onda casi aleatorias. Por lo tanto, en el futuro podría ser posible manipular mejor las ondas sonoras enaire o en materiales, por ejemplo, para rebotarlos, redirigirlos o crear ecos. Estos materiales aún no han sido demostrados experimentalmente, sin embargo, debería ser posible producirlos utilizando tecnologías como la impresión láser 3D ultraprecisa."Incluso hemos hecho algunos de estos metamateriales mientras tanto", dice el profesor Martin Wegener. "Actualmente, estamos trabajando intensamente en la prueba experimental directa para la eexistencia de rotones. "
Impresión 3D: la puerta de entrada del mundo digital al físico
El Dr. Yi Chen, autor principal de la publicación, explica que los investigadores se basaron en una combinación de reflexión, muchas discusiones y simulaciones numéricas y optimizaciones para diseñar el diseño virtual asistido por computadora de materiales con propiedades tan novedosas. Su trabajo comoinvestigador postdoctoral en KIT está financiado por la Fundación Alexander von Humboldt y está integrado en un programa de Helmholtz titulado "Ingeniería de sistemas de materiales" lanzado en 2021. "En general, nuestro sueño es diseñar materiales en la computadora y luego convertirlos directamente enrealidad, sin años de prueba y error. Así que la impresión 3D es solo un convertidor automático, por así decirlo, del mundo digital al físico ", explica el profesor Martin Wegener. o
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Materiales proporcionado por Karlsruher Institut für Technologie KIT . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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