Há três anos, um experimento inovador revolucionou os manuais de ciência ao revelar a capacidade de transferir calor através do vácuo, atualizando conhecimentos científicos tradicionais. Agora, uma equipe da Universidade de Jyvaskyla, na Finlândia, liderada por Zhuoran Geng e Ilari Maasilta, está provocando uma nova reavaliação nos princípios da física ao demonstrar que o som também pode ser transmitido através do vácuo.
Em condições específicas, Geng e Maasilta demonstraram que uma onda sonora pode atravessar diretamente o vácuo, “tunelando” entre dois materiais sólidos. Esse fenômeno, ainda que mais acentuado em circunstâncias precisas, pode ocorrer mesmo com intensidade mais fraca, desde que os materiais sólidos sejam piezoelétricos.
A peculiaridade reside nesses materiais, nos quais as vibrações (representadas por fônons) também geram uma resposta elétrica. Como um campo elétrico pode existir no vácuo, ele é capaz de transportar as ondas sonoras, servindo como uma espécie de portadora das ondas.
“Ondas acústicas (fônons acústicos) são deformações ou vibrações que se propagam através de um meio material. Desta forma, elas não existem no vácuo, levando à conclusão inicial de que é impossível para o vácuo transmitir a energia de uma onda acústica entre dois meios separados. No entanto, na escala atômica, as vibrações dos núcleos [atômicos] podem se propagar por meio de suas interações elétricas através do vácuo,” explicaram os pesquisadores.
(Foto: Zhuoran Geng/Ilari Maasilta)
Tunelamento de Fônons: Explorando a Propriedade Piezoelétrica
Os pesquisadores demonstraram que, quando uma onda mecânica (acústica) atinge a borda de um material piezoelétrico, gerando um pulso elétrico, ela cria um campo elétrico evanescente que se propaga pelo espaço livre. Se esse espaço for um vácuo e o tamanho dele for menor que o comprimento de onda da onda sonora, ocorre o tunelamento dos fônons através do vácuo, semelhante ao tunelamento de elétrons em semicondutores de transistores.
Esse efeito não se limitou às frequências de áudio (Hz-kHz), estendendo-se também às frequências de ultrassom (MHz) e hipersom (GHz) ao reduzir o intervalo de vácuo com o aumento das frequências. Embora o fenômeno seja em geral sutil, em algumas situações toda a energia da onda foi observada saltando no vácuo com 100% de eficiência, o que poderia ter aplicações em microcomponentes e no controle de calor em sistemas microeletromecânicos (MEMS).
De acordo com o professor Maasilta, “Na maioria dos casos, o efeito é pequeno, mas também encontramos situações em que toda a energia da onda salta no vácuo com 100% de eficiência, sem nenhuma reflexão.”
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