Le onde luminose e sonore sono alla base dell'energia e del trasporto del segnale e sono fondamentali per alcune delle nostre tecnologie di base, dai telefoni cellulari ai motori. Scienziati, però, devono ancora escogitare un metodo che consenta loro di memorizzare un'onda intatta per un periodo di tempo indefinito e quindi indirizzarla verso una posizione desiderata su richiesta. Un tale sviluppo faciliterebbe notevolmente la capacità di manipolare le onde per una varietà di usi desiderati, compresa la raccolta di energia, informatica quantistica, monitoraggio dell'integrità strutturale, archiviazione delle informazioni, e altro ancora.

In un articolo appena pubblicato in Progressi scientifici , un gruppo di ricercatori guidati da Andrea Alù, direttore fondatore della Photonics Initiative presso l'Advanced Science Research Center (ASRC) presso il Graduate Center, CUNY, e di Massimo Ruzzene, professore di ingegneria aeronautica presso la Georgia Tech, hanno dimostrato sperimentalmente che è possibile catturare e memorizzare in modo efficiente un'onda intatta e poi guidarla verso una posizione specifica.

"Il nostro esperimento dimostra che forme non convenzionali di eccitazione aprono nuove opportunità per ottenere il controllo sulla propagazione e diffusione delle onde, "disse Alù. "Adattando accuratamente la dipendenza dal tempo dell'eccitazione, è possibile ingannare l'onda per essere immagazzinata in modo efficiente in una cavità, e poi rilasciarlo su richiesta verso la direzione desiderata."

Metodologia

Per raggiungere il loro obiettivo, gli scienziati hanno dovuto escogitare un modo per modificare l'interazione di base tra onde e materiali. Quando un'onda luminosa o sonora colpisce un ostacolo, è parzialmente assorbito o riflesso e disperso. Il processo di assorbimento comporta la conversione immediata dell'onda in calore o altre forme di energia. I materiali che non possono assorbire le onde si limitano a rifletterle ea disperderle. L'obiettivo dei ricercatori era trovare un modo per imitare il processo di assorbimento senza convertire l'onda in altre forme di energia e immagazzinarla invece nel materiale. Questo concetto, introdotto teoricamente due anni fa dal gruppo ASRC, è noto come assorbimento virtuale coerente.

Per dimostrare la loro teoria, i ricercatori hanno ragionato sulla necessità di adattare l'evoluzione temporale delle onde in modo che quando venivano a contatto con materiali non assorbenti, non si rifletterebbero, sparpagliato, o trasmessa. Ciò impedirebbe all'onda che urta contro la struttura di fuoriuscire, e sarebbe stato efficacemente intrappolato all'interno come se fosse assorbito. L'onda memorizzata potrebbe quindi essere rilasciata su richiesta.

Durante il loro esperimento, i ricercatori hanno propagato due onde meccaniche che viaggiano in direzioni opposte lungo una barra di guida d'onda in acciaio al carbonio che conteneva una cavità. Le variazioni temporali di ciascuna onda sono state attentamente controllate per garantire che la cavità mantenesse tutta l'energia d'urto. Quindi, fermando l'eccitazione o detuning una delle onde, erano in grado di controllare il rilascio dell'energia immagazzinata e inviarla verso una direzione desiderata su richiesta.

"Mentre abbiamo eseguito il nostro esperimento di prova del concetto utilizzando onde elastiche che viaggiano in un materiale solido, i nostri risultati sono applicabili anche alle onde radio e alla luce, offrendo prospettive entusiasmanti per un'efficiente raccolta di energia, trasferimento di potenza senza fili, fotonica a bassa energia, e in generale un maggiore controllo sulla propagazione delle onde, " disse Ruzzene.