In dit soort constructies geluidssignalen blijven robuust en ongevoelig voor ruis veroorzaakt door onzuiverheden en defecten in het materiaal. In het kader van dit onderzoek, wetenschappers hebben ontdekt dat de akoestische topologische isolator kan fungeren als een extreem robuuste golfgeleider, in staat om geluid in een zeer smalle straal naar het verre veld uit te stralen. Deze gerichte akoestische straal kan van groot belang zijn voor toepassingen zoals niet-destructief onderzoek door middel van ultrageluid of bij diagnostische ultrasone scans in de geneeskunde en biologie, zoals de onderzoekers aangeven.

In een artikel, onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Communicatie Fysica samen met natuurkundigen van de Universiteit van Nanjing (China) en Stanford University (VS), wetenschappers hebben de meest recente studies over de ontwikkeling van dit onderwerp met betrekking tot de kwantumfysica beoordeeld. Dit onderzoeksgebied loopt voorop in de natuurkunde en won de Nobelprijs voor natuurkunde 2016. De wetenschappers die deze studie uitvoerden, wilden zien of het fenomeen van topologische isolatoren, traditioneel gebruikt in de kwantumfysica om elektrische signalen te controleren, een gelijkwaardig effect kunnen hebben met behulp van geluidsgolven.

"Het idee was om een ​​concept te gebruiken dat zo exotisch was dat het volledig nieuwe mogelijkheden voor akoestische transducers zou kunnen opleveren. sensoren en golfgeleiders. Bovendien, vanuit een meer fysiek perspectief, het zou betekenen dat bepaalde effecten in de kwantumfysica een equivalent hebben in de klassieke geluidsgolffysica", zegt een van de auteurs van de studie, Johan Christensen, van de afdeling Natuurkunde aan de UC3M.

Voor deze, wilden de onderzoekers het zogenaamde "valley-Hall-effect" nabootsen, gebruikt om elektrische geleiding in verschillende geleidende en halfgeleidende materialen te onderzoeken. Dit effect betekent dat het magnetische veld de neiging heeft om de positieve ladingen van de negatieve ladingen in tegengestelde richtingen te scheiden, dus de "dalen" zijn maxima en minima van elektronenenergie in een kristallijne vaste stof. Het evenwicht wordt hersteld wanneer de kracht die wordt uitgeoefend door het elektrische veld dat wordt gegenereerd door de verdeling van ladingen, zich verzet tegen de kracht die wordt uitgeoefend door het magnetische veld. Met als doel een akoestische versie van dit Valley-Hall-effect na te bootsen, de onderzoekers creëerden een kunstmatig macroscopisch kristal geïnspireerd door het weven van Japanse manden die bekend staan ​​als "kagome, " het vervangen van de bamboe door kleine cilinders van epoxyhars. De werking van dit kristal werd vorig jaar uitgelegd in verschillende artikelen gepubliceerd door Johan Christensen in de wetenschappelijke tijdschriften Geavanceerde materialen en Fysieke beoordelingsbrieven .

"Nieuwsgierig, de akoestische topologische toestanden gerelateerd aan het vallei-Hall-effect tonen een circulerende vortex die, tot onze verbazing, heeft onverwachte en ongekende eigenschappen voor akoestiek opgeleverd", legt Johan Christensen uit. "Ons Kagome-kristal vertoonde een ongelooflijke weerstand tegen uitgesproken defecten, bochten en bochten bij het geleiden van het geluid over het oppervlak of de interface van het kristal".