Обычно, когда звуковая волна ударяется о поверхность, она отражается на той же основной частоте с другой амплитудой. Их модель, опубликованная в Journal of Applied Physics от AIP Publishing, показывает, что, когда звуковая волна попадает на эту метаповерхность, падающая основная частота не возвращается.
Вместо этого метаповерхность преобразует эту энергию в резонанс второй гармоники волны.Винсент Турна, старший научный сотрудник по акустике французского CNRS и автор статьи, объяснил, что «вы посылаете шаг A440, и после размышлений он преобразуется в высоту A880». Он объяснил, что такое преобразование волн возможно «с тонкой отражающей поверхностью … намного меньшей, чем длина акустической волны».Tournat сообщает, что они являются одними из первых акустических групп, изучавших нелинейные акустические метаповерхности.
Их лаборатория специализируется на нелинейной акустике, которая описывает взаимодействие волн большой амплитуды с нелинейными элементами или средами. Например, это подполе изучает, как звук взаимодействует с трещинами в твердом материале или как упругие волны взаимодействуют с сильно деформируемыми структурами.Команда разработала свою новую концепцию метаповерхности на основе прошлых экспериментальных работ.
Ранее они печатали материалы из мягкой резины, такие как PDMS, полимер на основе кремния, располагали компоненты в форме вращающегося квадрата и посылали импульсы звуковой волны через структуры. Когда импульсы распространяются через структуры PDMS с определенной геометрией, исследователи наблюдали странный эффект: распространение солитонов, устойчивых нелинейных волновых импульсов.
В результате сильно деформируемая конструкция оказалась идеальной платформой для создания определенной упругой нелинейности.Эти метаповерхности могут значительно продвинуть технологии контроля шума, потому что они могут лучше изолировать основную проблему контроля шума: низкие частоты. «Если вы преобразуете энергию в более высокие частоты, вам будет легче поглотить ее позже», — сказал Турнэ.
Он также ссылается на то, что тонкие метаповерхности могут стать компонентами более сложных устройств, таких как акустические диоды и транзисторы. Эти результаты могут быть применены даже к другим типам волн. В оптике метаповерхности, основанные на аналогичной концепции, «могут заменить кристаллы генерации второй гармоники (ГВГ), используемые для удвоения частоты лазера при передаче», — сказал Турнэ.Эти неожиданные отражения похожи на зеркало для звука. «Было бы аналогично смотреть на себя в зеркало, и отраженное изображение было бы смещено в ультрафиолетовом оптическом диапазоне», — сказал Турнэ.
Двигаясь вперед, команда теперь стремится создать метаповерхность и экспериментально проверить свои выводы.