¿Te imaginas que el sonido viaja de la misma manera que la luz? Un equipo de investigación de la City University of Hong Kong CityU descubrió un nuevo tipo de onda de sonido: la onda de sonido en el aire vibra transversalmente y transporta tanto el momento angular como el giro orbital comoLa luz sí. Los hallazgos hicieron añicos las creencias previas de los científicos sobre la onda de sonido, abriendo una vía para el desarrollo de aplicaciones novedosas en comunicaciones acústicas, detección acústica e imágenes.
La investigación fue iniciada y codirigida por el Dr. Wang Shubo, profesor asistente en el Departamento de Física de CityU, y se llevó a cabo en colaboración con científicos de la Universidad Bautista de Hong Kong HKBU y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong HKUST. Fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza , titulado "Interacciones giro-órbita del sonido transversal".
más allá de la comprensión convencional de ondas sonoras
Los libros de texto de física nos dicen que hay dos tipos de ondas. En ondas transversales como la luz, las vibraciones son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. En las ondas longitudinales como el sonido, las vibraciones son paralelas a la dirección de propagación de la onda. Pero elEl último descubrimiento de científicos de CityU cambia esta comprensión de las ondas sonoras.
"Si habla con un físico sobre el sonido transversal en el aire, él / ella pensaría que es un lego sin formación en física universitaria porque los libros de texto dicen que el sonido en el aire es decir, el sonido que se propaga en el aire es una onda longitudinal", dijoDr. Wang. "Si bien el sonido en el aire es una onda longitudinal en casos habituales, demostramos por primera vez que puede ser una onda transversal bajo ciertas condiciones. E investigamos sus interacciones espín-órbita una propiedad importante solo existe en ondas transversales, es decir, el acoplamiento entre dos tipos de momento angular. El hallazgo proporciona nuevos grados de libertad para las manipulaciones del sonido. "
La ausencia de fuerza de corte en el aire, o fluidos, es la razón por la cual el sonido es una onda longitudinal, explicó el Dr. Wang. Él había estado explorando si es posible realizar un sonido transversal, que requiere fuerza de corte. Luego concibió elidea de que la fuerza de corte sintética puede surgir si el aire se discretiza en "meta-átomos", es decir, aire volumétrico confinado en pequeños resonadores con un tamaño mucho menor que la longitud de onda. El movimiento colectivo de estos "meta-átomos" de aire puede dar lugar a unasonido transversal en la escala macroscópica.
Concepción y realización de "metamaterial micropolar"
Diseñó ingeniosamente un tipo de material artificial llamado "metamaterial micropolar" para implementar esta idea, que aparece como una red compleja de resonadores. El aire está confinado dentro de estos resonadores conectados entre sí, formando los "meta-átomos". El metamaterial es durolo suficiente como para que solo el aire del interior pueda vibrar y soportar la propagación del sonido. Los cálculos teóricos mostraron que el movimiento colectivo de estos "meta-átomos" de aire de hecho produce la fuerza de corte, que da lugar al sonido transversal con interacciones espín-órbita dentro de estemetamaterial. Esta teoría fue verificada por experimentos llevados a cabo por el grupo del Dr. Ma Guancong en HKBU.
Además, el equipo de investigación descubrió que el aire se comporta como un material elástico dentro del metamaterial micropolar y, por lo tanto, soporta el sonido transversal con momento angular tanto de giro como orbital. Usando este metamaterial, demostraron dos tipos de interacciones de sonido de giro y órbita para el primertiempo. Una es la interacción momento-espacio espín-órbita que da lugar a la refracción negativa del sonido transversal, lo que significa que el sonido se dobla en direcciones opuestas al pasar por una interfaz. Otra es la interacción espín-órbita en el espacio real que generavórtices sonoros bajo la excitación del sonido transversal.
Los hallazgos demostraron que el sonido en el aire, o el sonido en fluidos, puede ser una onda transversal y tener propiedades vectoriales completas, como el momento angular de giro, al igual que la luz. Proporciona nuevas perspectivas y funcionalidades para las manipulaciones del sonido más allá del grado escalar convencional delibertad.
"Esto es solo un precursor. Anticipamos más exploraciones de las propiedades intrigantes del sonido transversal", dijo el Dr. Wang. En el futuro, al manipular estas propiedades vectoriales adicionales, los científicos pueden codificar más datos en el sonido transversal.para romper el cuello de botella de la comunicación acústica tradicional mediante ondas sonoras normales ".
La interacción del espín con el momento angular orbital permite manipulaciones de sonido sin precedentes a través de su momento angular. "El descubrimiento puede abrir una vía para el desarrollo de aplicaciones novedosas en comunicaciones acústicas, detección acústica e imágenes", agregó.
El trabajo fue apoyado por el Research Grants Council en Hong Kong y la National Natural Science Foundation of China.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de la ciudad de Hong Kong . Nota: el contenido puede editarse por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :