Физики научились управлять звуковыми волнами

Физики создали акустический диод - устройство, способное пропускать акустические волны только в одном направлении.

Диод был реализован пока только в теории - практических испытаний исследователи не проводили. Статья физиков появится в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводит издание Physical Review Focus.

Предполагается, что новое устройство будет состоять из двух слоев. Первый представляет собой так называемый "акустически нелинейный" материал. Распространяясь, звуковая волна создает перепады в давлении, а в подобном материале распределение давления определяет скорость распространения звуковых волн.

Проходя через "акустически нелинейный" материал, волна создает так называемые вторичные колебания, среди которых имеются волны с двойной относительно исходной частотой. Второй слой в диоде, в свою очередь, выполнен из материала, который позволяет проходить только этим самым волнам с удвоенной частотой.

Схема работы устройства следующая. Волны, испускаемые источником, сначала попадают в "акустически нелинейную" среду, в результате чего возникают вторичные колебания с удвоенной частотой. Все кроме последних блокируются фильтрующим слоем. С другой стороны волны, идущие к источнику (то есть в обратном направлении) также задерживаются фильтром.

Подбирая параметры материалов особым образом, физики добились того, что количество энергии, переносимое в направлении от источника, примерно в 100 тысяч раз превосходит количество энергии, возвращающееся к источнику.

У нового устройства есть несколько основных недостатков. Во-первых, оно работает только для достаточно узкого диапазона частот. Во-вторых, частота на выходе устройства в два раза отличается от частоты на входе. В-третьих, волны с удвоенной частотой могут проходить как в прямом, так и в обратном направлении. Наконец, последний недостаток - отсутствие практических испытаний новой концепции.

По словам исследователей, подобные устройства будут крайне востребованы. Например, в медицине используются ультразвуковые аппараты. При этом сам источник ультразвука в подобном устройстве оказывается не защищен от возвращающихся волн, которые способны вносить возмущения в его работу. Наличие устройства с односторонней пропускающей способностью позволит решить эту проблему.

26.08.2009