Licht- en geluidsgolven liggen aan de basis van energie- en signaaltransport en zijn fundamenteel voor enkele van onze meest elementaire technologieën, van mobiele telefoons tot motoren. wetenschappers, echter, moeten nog een methode bedenken waarmee ze een golf voor onbepaalde tijd intact kunnen opslaan en vervolgens op verzoek naar een gewenste locatie kunnen sturen. Een dergelijke ontwikkeling zou het vermogen om golven te manipuleren voor een verscheidenheid aan gewenste toepassingen aanzienlijk vergemakkelijken, inclusief het oogsten van energie, kwantumcomputers, monitoring van structurele integriteit, informatie opslag, en meer.

In een nieuw gepubliceerd artikel in wetenschappelijke vooruitgang , een groep onderzoekers onder leiding van Andrea Alù, stichtend directeur van het Photonics Initiative bij het Advanced Science Research Center (ASRC) bij The Graduate Center, CUNY, en door Massimo Ruzzene, hoogleraar luchtvaarttechniek aan Georgia Tech, hebben experimenteel aangetoond dat het mogelijk is om een ​​golf efficiënt te vangen en intact op te slaan en vervolgens naar een specifieke locatie te leiden.

"Ons experiment bewijst dat onconventionele vormen van excitatie nieuwe mogelijkheden openen om controle te krijgen over de voortplanting en verstrooiing van golven, "zei Alù. "Door de tijdsafhankelijkheid van de excitatie zorgvuldig af te stemmen, het is mogelijk om de golf zo efficiënt mogelijk op te slaan in een holte, en laat het dan op verzoek los in de gewenste richting."

Methodologie

Om hun doel te bereiken, de wetenschappers moesten een manier bedenken om de fundamentele interactie tussen golven en materialen te veranderen. Wanneer een licht- of geluidsgolf een obstakel raakt, het wordt ofwel gedeeltelijk geabsorbeerd of gereflecteerd en verstrooid. Het absorptieproces houdt in dat de golf onmiddellijk wordt omgezet in warmte of andere vormen van energie. Materialen die geen golven kunnen absorberen, reflecteren en verstrooien ze alleen. Het doel van de onderzoekers was om een ​​manier te vinden om het absorptieproces na te bootsen zonder de golf in andere vormen van energie om te zetten en in plaats daarvan in het materiaal op te slaan. Dit begrip, twee jaar geleden theoretisch geïntroduceerd door de ASRC-groep, staat bekend als coherente virtuele absorptie.

Om hun theorie te bewijzen, de onderzoekers redeneerden dat ze de tijdevolutie van de golven moesten aanpassen, zodat wanneer ze in contact kwamen met niet-absorberende materialen, ze zouden niet worden weerspiegeld, verspreid, of verzonden. Dit zou voorkomen dat de golf die op de constructie botst, ontsnapt, en het zou efficiënt binnenin worden opgesloten alsof het wordt geabsorbeerd. De opgeslagen golf kan dan op verzoek worden vrijgegeven.

Tijdens hun experiment, onderzoekers propageerden twee mechanische golven die in tegengestelde richtingen reisden langs een koolstofstalen golfgeleiderstaaf die een holte bevatte. De tijdvariaties van elke golf werden zorgvuldig gecontroleerd om ervoor te zorgen dat de holte alle invallende energie zou behouden. Vervolgens, door de excitatie te stoppen of een van de golven te ontstemmen, ze waren in staat om het vrijkomen van de opgeslagen energie te regelen en op verzoek in een gewenste richting te sturen.

"Terwijl we ons proof-of-concept-experiment uitvoerden met elastische golven die in een vast materiaal reizen, onze bevindingen zijn ook van toepassing op radiogolven en licht, spannende vooruitzichten bieden voor het efficiënt oogsten van energie, draadloze machtsoverdracht, energiezuinige fotonica, en in het algemeen verbeterde controle over golfvoortplanting, ’ zei Ruzene.