Em um avanço para a física e a engenharia, pesquisadores da Iniciativa Fotônica no Centro de Pesquisa em Ciências Avançadas do Graduate Center, CUNY (CUNY ASRC) e da Georgia Tech apresentaram a primeira demonstração de ordem topológica com base em modulações de tempo. Esse avanço permite que os pesquisadores propaguem ondas sonoras ao longo dos limites dos metamateriais topológicos, sem o risco de as ondas viajarem para trás ou serem impedidas por defeitos materiais.
As novas descobertas, que aparecem na revista Science Advances, abrirão caminho para dispositivos mais baratos e leves, que usam menos energia da bateria e que podem funcionar em ambientes agressivos ou perigosos. Andrea Alù, diretora fundadora da CUNY ASRC Photonics Initiative e professora de física no The Graduate Center, CUNY, e associada de pesquisa de pós-doutorado Xiang Ni foram autores do artigo, juntamente com Amir Ardabi e Michael Leamy da Georgia Tech.
O campo de topologia examina propriedades de um objeto que não são afetadas por deformações contínuas. Em um isolador topológico, correntes elétricas podem fluir ao longo dos limites do objeto, e esse fluxo é resistente a ser interrompido pelas imperfeições do objeto. Os recentes progressos no campo dos metamateriais estenderam esses recursos para controlar a propagação do som e da luz seguindo princípios semelhantes.
Em particular, trabalhos anteriores dos laboratórios do professor de física Alexander Alika e City College de Nova York, Alexander Khanikaev, usaram assimetrias geométricas para criar ordem topológica em metamateriais acústicos impressos em 3D. Nesses objetos, as ondas sonoras mostraram-se confinadas a viajar ao longo das bordas do objeto e em torno de cantos afiados, mas com uma desvantagem significativa: essas ondas não foram totalmente restringidas – elas podiam viajar para frente ou para trás com as mesmas propriedades. Esse efeito limitou inerentemente a robustez geral dessa abordagem à ordem topológica do som. Certos tipos de desordem ou imperfeições realmente refletem ao contrário o som que se propaga ao longo dos limites do objeto.
Este experimento mais recente supera esse desafio, mostrando que a quebra de simetria de inversão de tempo, em vez de assimetrias geométricas, também pode ser usada para induzir ordem topológica. Usando esse método, a propagação do som se torna verdadeiramente unidirecional e fortemente robusta a desordens e imperfeições
“O resultado é um avanço para a física topológica, pois conseguimos mostrar a ordem topológica emergente das variações de tempo, que é diferente e mais vantajosa do que o grande corpo de trabalho em acústica topológica com base em assimetrias geométricas”, disse Alù. “As abordagens anteriores exigiam inerentemente a presença de um canal reverso através do qual o som pudesse ser refletido, o que limitava inerentemente sua proteção topológica. Com as modulações de tempo, podemos suprimir a propagação reversa e fornecer forte proteção topológica”.
Os pesquisadores projetaram um dispositivo composto por uma série de ressonadores piezoelétricos circulares dispostos em hexágonos repetidos, como uma treliça de favo de mel, e ligados a um disco fino de ácido polilático. Eles então conectaram isso a circuitos externos, que fornecem um sinal modulado no tempo que quebra a simetria de reversão do tempo.
Como um bônus, seu design permite a programação. Isso significa que eles podem guiar as ondas por uma variedade de caminhos reconfiguráveis diferentes, com perda mínima. Sistemas de imagem por ultrassom, sonar e sistemas eletrônicos que usam a tecnologia de ondas acústicas de superfície podem se beneficiar desse avanço, disse Alù.
Achou útil essa informação? Compartilhe com seus amigos! ?
Deixe-nos a sua opinião aqui nos comentários.
