Зиксин Лян и Дженсен Ли из предложили принципиально новый способ управления звуковыми волнами без в строгом смысле этого слова. Соответствующее исследование было опубликовано в журнале .
Учёные провели компьютерную симуляцию распространения звука через материал, насыщенный микроканалами, которые составляли сеть взаимосвязанных лабиринтов. При попадании в один из них звук идёт до центра микролабиринта, где попадает в другой лабиринт, ведущий в прямо противоположном направлении.
То, что получилось, исследователи также назвали метаматериалом, хотя в принципе их вариант значительно проще в изготовлении, чем обычные метаматериалы. Такие лабиринтные структуры могут не только «отражать» (перенаправлять) звук в любом направлении, но и играть роль акустических линз, радикально улучшив качество изображений, получаемых при помощи УЗИ.
Тонкий материал на основе микролабиринтов будет значительно проще в производстве, чем большинство нынешних оптических метаматериалов. (Иллюстрация Z. Liang, J. Li / Phys. Rev. Lett.)
Отрицательный коэффициент преломления в оптике постулирован в 1967 году. Теоретически такие материалы позволяют достичь буквально невидимости, и некоторые успешные опыты в этом направлении уже были. Однако со звуком всё не так просто.
В проведённом компьютерном моделировании гонконгские исследователи обсчитывали материал, разбитый на клетки наподобие шахматной доски, только каждая клетка соответствовала лабиринту. При попадании в первый тип лабиринтов, соответствующий красному квадрату, звук поворачивался в нём на 90˚, а на выходе попадал во второй тип (чёрная клетка), где дополнительно менял направление ещё на 90˚. В результате в ходе моделирования он или буквально отражался в обратную сторону, или, наоборот, беспрепятственно проходил через материал.
Такой подход не сработает в оптике, потому что лабиринты будут эффективно перенаправлять лишь волны, в несколько раз более длинные, чем входное отверстие в лабиринте; волны света, в отличие от звуковых, просто не могут войти в отверстие меньшее, чем их длина. Пока моделирование завершено лишь для двухмерных материалов, однако в 3D-варианте техника расчётов, оставаясь той же, даже теоретически позволяет перенаправление под бóльшими углами.
Применение такого метаматериала возможно по двум направлениям: для звукоизоляции (отражения звука) и улучшенного сбора звукового сигнала — к примеру, при проведении УЗИ («прозрачный» для звука сценарий). При последнем сценарии потери энергии звуковых волн должны быть минимальны по сравнению с существующими материалами, что теоретически позволяет создавать весьма эффективные звуковые линзы.
Кроме того, покрытие тех или иных объектов, таких как подводные лодки, подобными («звукопрозрачными», не рассеивающим звуковые волны) материалами может существенно затруднить их обнаружение при помощи активной гидролокации.
Комментариев нет:
Отправить комментарий