Een internationaal team van onderzoekers liet zien hoe een niet-lineair elastisch meta-oppervlak de fundamentele frequentie van een golf kan omzetten in zijn tweede harmonische. Structurele factoren in meta-oppervlakken, zoals de ruimtelijke ordening van zijn moleculen en zijn samenstelling, onderbouwt zijn optische, elastische en akoestische eigenschappen. Het ontwikkelen van dit meta-oppervlak kan architecten helpen om het geluid van concertzalen tot stadsgezichten te verminderen. Deze bevindingen kunnen ook de verhultechnologie voor onderzeeërs verbeteren om sonardetectie te ontwijken.

Typisch, wanneer een geluidsgolf een oppervlak raakt, het reflecteert terug op dezelfde grondfrequentie met een andere amplitude. hun voorbeeld, gerapporteerd in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde , laat zien dat wanneer een geluidsgolf dit meta-oppervlak raakt, de invallende grondfrequentie kaatst niet terug. In plaats daarvan, het meta-oppervlak zet die energie om in de tweede harmonische resonantie van de golf.

Vincent Doorn, een senior onderzoekswetenschapper in akoestiek bij het Franse CNRS en een auteur op het papier, legde uit dat "je een A440-pitch stuurt en na reflectie, dit wordt omgezet in A880 toonhoogte." Hij legde uit dat deze golfconversie mogelijk is "met een dun reflecterend oppervlak ... veel minder dan de akoestische golflengte."

Tournat meldt dat ze tot de eerste akoestische groepen behoren die niet-lineaire akoestische meta-oppervlakken bestuderen. Hun lab richt zich op niet-lineaire akoestiek, die golfinteracties met hoge amplitude beschrijft met niet-lineaire elementen of media. Bijvoorbeeld, dit deelgebied bestudeert hoe een geluid interageert met scheuren in een vast materiaal, of hoe elastische golven interageren met sterk vervormbare structuren.

Het team ontwikkelde hun nieuwe metasurface-concept op basis van experimenteel werk uit het verleden. Eerder, ze drukten zachte rubberen materialen zoals PDMS, een polymeer op basis van silicium, de componenten in roterende vierkante configuraties gerangschikt, en stuurde geluidsgolfpulsen door de structuren. Wanneer pulsen zich voortplanten door PDMS-structuren met een bepaalde geometrie, zagen de onderzoekers een vreemd effect:de voortplanting van solitonen, stabiele niet-lineaire golfpulsen. Als resultaat, de sterk vervormbare structuur bleek een ideaal platform om een ​​specifieke elastische niet-lineariteit te ontwerpen.

Deze meta-oppervlakken zouden de technologieën voor geluidsbeheersing aanzienlijk kunnen verbeteren, omdat ze het belangrijkste probleem in geluidsbeheersing beter kunnen isoleren:lage frequenties. "Als je de energie omzet naar hogere frequenties, dan kun je het later gemakkelijker in je opnemen, ' zei Tournat.

Hij citeert ook dat dunne meta-oppervlakken componenten kunnen worden van complexere apparaten zoals akoestische diodes en transistors. Deze bevindingen kunnen zelfs worden toegepast op andere soorten golven. op het gebied van optica, meta-oppervlakken op basis van een soortgelijk concept "kunnen kristallen van de tweede harmonische generatie (SHG) vervangen die worden gebruikt om de frequentie van een laser bij transmissie te verdubbelen, ' zei Tournat.

Deze onverwachte reflecties zijn bijna als een funhouse-spiegel voor geluid. "Het zou analoog zijn om naar je in een spiegel te kijken en een gereflecteerd beeld te hebben dat verschoven is in het ultraviolette optische bereik, " zei Tournat. Vooruit, het team wil nu het meta-oppervlak bouwen en hun bevindingen experimenteel testen.