Les scientifiques réalisent une percée majeure dans la préservation de l’intégrité des ondes sonores

Les scientifiques réalisent une percée majeure dans la préservation de l'intégrité des ondes sonores

du son

Crédits: CC0 Public Domain

Dans une percée pour la physique et l’ingénierie, des chercheurs de la Photonics Initiative du Advanced Science Research Center du The Graduate Center, CUNY (CUNY ASRC) et de Georgia Tech ont présenté la première démonstration de l’ordre topologique basé sur les modulations temporelles. Cette avancée permet aux chercheurs de propager les ondes sonores le long des frontières des métamatériaux topologiques sans risque de reculer ou d’être contrecarré par des défauts matériels.


Les nouvelles découvertes, qui apparaissent dans la revue Avancées scientifiques, ouvrira la voie à des appareils moins chers et plus légers qui utilisent moins de batterie et qui peuvent fonctionner dans des environnements difficiles ou dangereux. Andrea Alù, directeur fondateur de la CUNY ASRC Photonics Initiative et professeur de physique au Graduate Center, CUNY, et Xiang Ni, associé de recherche postdoctorale, ont été les auteurs du document, avec Amir Ardabi et Michael Leamy de Georgia Tech.

Le domaine de la topologie examine les propriétés d’un objet qui ne sont pas affectées par des déformations continues. Dans un isolant topologique, des courants électriques peuvent circuler le long des limites de l’objet, et ce flux est résistant à être interrompu par les imperfections de l’objet. Les progrès récents dans le domaine des métamatériaux ont étendu ces fonctionnalités pour contrôler la propagation du son et de la lumière selon des principes similaires.

En particulier, les travaux antérieurs des laboratoires d’Alù et du professeur de physique du City College de New York Alexander Khanikaev ont utilisé des asymétries géométriques pour créer un ordre topologique dans les métamatériaux acoustiques imprimés en 3D. Dans ces objets, il a été démontré que les ondes sonores se limitaient à se déplacer le long des bords de l’objet et autour des coins aigus, mais avec un inconvénient important: ces ondes n’étaient pas entièrement contraintes – elles pouvaient se déplacer vers l’avant ou vers l’arrière avec les mêmes propriétés. Cet effet a par nature limité la robustesse globale de cette approche à l’ordre topologique du son. Certains types de désordre ou d’imperfections refléteraient en effet le son se propageant le long des limites de l’objet.

Cette dernière expérience surmonte ce défi, montrant que la rupture de symétrie à inversion temporelle, plutôt que les asymétries géométriques, peut également être utilisée pour induire un ordre topologique. En utilisant cette méthode, la propagation du son devient vraiment unidirectionnelle et fortement résistante aux désordres et aux imperfections

« Le résultat est une percée pour la physique topologique, car nous avons pu montrer un ordre topologique émergeant des variations de temps, qui est différent et plus avantageux que le vaste corpus de travaux sur l’acoustique topologique basé sur des asymétries géométriques », a déclaré Alù. « Les approches précédentes nécessitaient intrinsèquement la présence d’un canal arrière à travers lequel le son pouvait être réfléchi, ce qui limitait intrinsèquement leur protection topologique. Avec les modulations temporelles, nous pouvons supprimer la propagation arrière et fournir une forte protection topologique. »

Les chercheurs ont conçu un dispositif composé d’un réseau de résonateurs piézoélectriques circulaires disposés en hexagones répétitifs, comme un réseau en nid d’abeilles, et liés à un mince disque d’acide polylactique. Ils l’ont ensuite connecté à des circuits externes, qui fournissent un signal modulé dans le temps qui rompt la symétrie d’inversion du temps.

En prime, leur conception permet une programmabilité. Cela signifie qu’ils peuvent guider les ondes le long d’une variété de chemins reconfigurables différents, avec une perte minimale. L’imagerie par ultrasons, le sonar et les systèmes électroniques qui utilisent la technologie des ondes acoustiques de surface pourraient tous bénéficier de cette avancée, a déclaré Alù.


Les chercheurs découvrent un métamatériau avec un transport du son intrinsèquement robuste


Plus d’information:
Isolateur topologique élastodynamique reconfigurable Floquet basé sur la polarisation de moment angulaire synthétique, Avancées scientifiques (2020).

Fourni par CUNY Advanced Science Research Center

Citation: Les scientifiques réalisent une percée majeure dans la préservation de l’intégrité des ondes sonores (2020, 17 juillet) récupéré le 17 juillet 2020 sur https://phys.org/news/2020-07-scientists-major-breakthrough.html

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