Un team internazionale di ricercatori ha mostrato come una metasuperficie elastica non lineare potrebbe convertire la frequenza fondamentale di un'onda nella sua seconda armonica. Fattori strutturali nelle metasuperfici, come la disposizione spaziale delle sue molecole e la sua composizione, alla base della sua ottica, proprietà elastiche e acustiche. Lo sviluppo di questa metasuperficie potrebbe aiutare gli architetti a ridurre il rumore dalle sale per spettacoli ai paesaggi urbani. Questi risultati potrebbero anche migliorare la tecnologia di occultamento per i sottomarini per eludere il rilevamento del sonar.
Tipicamente, quando un'onda sonora colpisce una superficie, riflette alla stessa frequenza fondamentale con un'ampiezza diversa. Il loro modello, riportato in Giornale di Fisica Applicata , mostra che quando un'onda sonora colpisce questa metasuperficie, la frequenza fondamentale incidente non si riprende. Anziché, la metasuperficie converte quell'energia nella seconda risonanza armonica dell'onda.
Vincent Tournat, un ricercatore senior in acustica presso il CNRS francese e un autore del documento, ha spiegato che "inviate un pitch A440 e dopo aver riflettuto, questo viene trasformato in tonalità A880." Ha spiegato che questa conversione d'onda è possibile "con una superficie riflettente sottile ... molto meno della lunghezza d'onda acustica".
Tournat riferisce di essere tra i primi gruppi di acustica a studiare le metasuperfici acustiche non lineari. Il loro laboratorio si concentra sull'acustica non lineare, che descrive le interazioni d'onda ad alta ampiezza con elementi o mezzi non lineari. Per esempio, questo sottocampo studia come un suono interagisce con le crepe in un materiale solido, o come le onde elastiche interagiscono con strutture altamente deformabili.
Il team ha sviluppato il nuovo concetto di metasuperficie dal lavoro sperimentale passato. In precedenza, hanno stampato materiali in gomma morbida come PDMS, un polimero a base di silicio, disposti i componenti in configurazioni quadre rotanti, e inviava impulsi di onde sonore attraverso le strutture. Quando gli impulsi si propagano attraverso strutture PDMS con una particolare geometria, i ricercatori hanno osservato uno strano effetto:la propagazione dei solitoni, impulsi d'onda non lineari stabili. Di conseguenza, la struttura altamente deformabile è apparsa come una piattaforma ideale per progettare una specifica non linearità elastica.
Queste metasuperfici potrebbero far avanzare in modo significativo le tecnologie di controllo del rumore perché potrebbero isolare meglio il problema principale nel controllo del rumore:le basse frequenze. "Se converti l'energia in frequenze più alte, quindi puoi assorbirlo più facilmente in seguito, " ha detto Tournat.
Cita anche che le metasuperfici sottili potrebbero diventare componenti di dispositivi più complessi come diodi acustici e transistor. Questi risultati potrebbero essere applicati anche ad altri tipi di onde. In ottica, metasuperfici basate su un concetto simile "potrebbero sostituire i cristalli di seconda generazione armonica (SHG) utilizzati per raddoppiare la frequenza di un laser in trasmissione, " ha detto Tournat.
Questi riflessi inaspettati sono quasi come uno specchio da luna park per il suono. "Sarebbe analogo guardarti in uno specchio e avere un'immagine riflessa spostata nella gamma ottica dell'ultravioletto, " disse Tournat. Andando avanti, il team ora mira a costruire la metasuperficie e testare sperimentalmente i risultati.
