Un gruppo di ricercatori dell'Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), in collaborazione con scienziati cinesi dell'Università di Nanchino (NJU), hanno progettato un nuovo tipo di isolamento acustico che consente di concentrare le onde sonore negli angoli. Questa linea di ricerca potrebbe avere applicazioni nelle tecnologie ad ultrasuoni industriali o nel miglioramento di alcuni test diagnostici medici come gli ultrasuoni.

La ricerca rientra nel campo di studio della fisica della materia condensata, più specificamente, il campo dei materiali topologici, che sono solidi e che si comportano come isolanti elettrici al loro interno pur consentendo la conduzione elettrica sulla superficie. Un'altra caratteristica che rende questi materiali interessanti è che sono "topologicamente protetti, " questo è, un segnale rimane robusto e insensibile alla presenza di impurità e difetti del materiale. Diversi recenti progetti di ricerca hanno dimostrato che gli isolanti topologici di ordine superiore possono concentrare l'energia negli angoli. Quello che gli scienziati UC3M e NJU hanno fatto è "tradurre" questo fenomeno, ben noto nella teoria della fisica quantistica, all'acustica classica per poter concentrare l'energia acustica negli angoli. I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Lettere di revisione fisica .

Per spiegare il processo in modo intuitivo, i ricercatori prendono come esempio la scultura "Organo" di Eusebio Sempere. Situato nei giardini della Fundación Juan March a Madrid (vedi immagine), questa scultura è composta da barre cave di alluminio separate l'una dall'altra di pochi centimetri e disposte in un reticolo quadrato. Nel 1995, Scienziati spagnoli hanno dimostrato che la scultura era in grado di attenuare il suono.

Usando questa idea come punto di partenza, sono stati condotti numerosi studi in cui, combinando due cristalli con diverse topologie, il suono poteva essere trasportato solo attraverso l'interfaccia tra i due. "In questo caso, abbiamo fatto un passo ulteriore. La struttura di studio è formata da due cristalli sonici con diversa topologia disposti concentricamente. Questa nuova configurazione significa che il suono non può essere trasmesso attraverso l'intera struttura, ma piuttosto è focalizzato negli angoli tra i due cristalli. L'intensità del suono in ciascuno di questi angoli dipenderà dalle proprietà fisiche prese in considerazione, " spiega uno degli autori dello studio, Johan Christensen, dal Dipartimento di Fisica dell'UC3M.

Queste previsioni teoriche sono state validate anche sperimentalmente in un articolo pubblicato nell'ultimo numero della rivista Materiale avanzato . "Al di là della sua importanza accademica, prevediamo che i risultati ottenuti potrebbero essere utilizzati per focalizzare l'energia acustica, " aggiunge un altro degli autori, María Rosendo López, un ricercatore del progetto PHONOMETA presso UC3M. Le potenziali applicazioni includono lo sviluppo di nuove guide d'onda, questo è, strutture fisiche utilizzate per guidare le onde sonore. "Possiamo raggiungere questo obiettivo senza la necessità di un canale fisico, ma piuttosto semplicemente attraverso la topologia del sistema di studio. Questo caso di trasporto del suono è rilevante per le applicazioni di filtraggio e conduzione. A differenza dei tradizionali sistemi passivi, questo è molto robusto contro le imperfezioni, "dice María Rosendo López.

Un'altra potenziale applicazione è la conversione acustico-elettrica. "Poiché siamo in grado di concentrare il suono negli angoli, raccogliere l'energia acustica, concentrare negli angoli e poi convertirla in energia elettrica, " aggiungono i ricercatori. Questi progressi potrebbero avere applicazioni anche nelle tecnologie degli ultrasuoni industriali o nel miglioramento di alcuni test diagnostici medici come gli ultrasuoni, Per esempio.