Исследовательская группа, в которую входят учёные из США и Китая, исследует возможность использования метаматериалов – композиционных (искусственно созданных) материалов, свойства которых обусловлены, в большей степени, не свойствами входящих в его состав материалов, а специфически созданной периодической структурой – для создания устройств, которые бы могли управлять звуками универсальным или специфическим способом.
В журнале «Applied Physics Letters» команда исследователей представила описание конструкции устройства, названного ротатор акустического поля (acoustic field rotator), импульсные (волновые) фронта внутри которого крутятся так, что создается впечатление, что они исходят, с другой стороны.
По словам Jian-chun Cheng, профессора факультета Department of Physics университета Nanjing University, многие научно-исследовательские проекты были направлены на создание устройств из метаматериалов, характеризующихся такими волновыми особенностями, как невидимость и иллюзия. Ротатор акустического поля представляет собой особый вид «плаща иллюзии».
Ротационные устройства для электромагнитных и жидких волн неоднократно создавались исследователями и ранее, но один очень важный вид волн – акустических – намного чаще встречается в повседневной жизни и во многих ситуациях ему может быть найдено применение, отмечает Cheng.
Cheng и его коллеги разработали устройство, которое, по их мнению, является первой в мире моделью акустического ротатора. Учёный отмечает, что он и его коллеги были крайне удивлены обнаружив, что при использовании метаматериалов, акустические волны могут вращаться аналогично их электромагнитным и жидким «коллегам».
Ещё одним сюрпризом для исследователей стал тот факт, что в основу акустических и электромагнитных вращательных устройства положены одни и те же принципы. В данном случае, исследователи использовали анизотропные метаматериалы, физические свойства которых зависят от их сторон.
Команда надеется, что разработанный ими акустический ротатор, обладающий способностью свободно «манипулировать» акустическими волновыми фронтами, позволит улучшить работу таких устройств, как медицинские ультразвуковые аппараты, которые нуждаются в точном контроле акустических волн. Способность «вращения» звуковых волн может улучшить контраст ультразвуковых устройств, что позволит делать снимки повреждённых тканей и диагностировать болезни способами, ранее недоступными. Это чрезвычайной важно, поскольку ультразвуковые устройства могут стать более дешёвой альтернативой другим методам диагностики, к тому их использование не предусматривает воздействие на пациентов рентгеновских лучей.
