Onderzoekers van de Pohang University of Science and Technology (POSTECH) hebben een doorbraak bereikt in het overstijgen van de beperkingen van traditionele akoestische metalenses. Ze hebben met succes de eerste metalen met een breed gehoorveld ontwikkeld. Hun onderzoek is gepubliceerd in Nature Communications .

Geluidsgolven, afkomstig van trillingen in media zoals gassen en vloeistoffen, zijn alomtegenwoordig in onze dagelijkse ervaringen. Met name hoogfrequente ultrasone golven, die niet waarneembaar zijn voor het menselijk oor, worden gebruikt bij medische echografieonderzoeken voor het diagnosticeren van weefsels of organen in het lichaam. Bijgevolg dienen geluidsgolven als een essentiële energiebron, niet alleen in de geneeskunde, maar ook in de telecommunicatie, het oogsten van energie, beeldvorming en diverse andere domeinen. Akoestische lenzen zijn van fundamenteel belang bij al deze toepassingen, omdat ze een belangrijke rol spelen bij het nauwkeurig scherpstellen van geluidsgolven.

Een metalens, bestaande uit kunstmatige structuren die meestal kleiner zijn dan de golflengte van de golven, maakt onbeperkte manipulatie van golven mogelijk, terwijl de lensdikte aanzienlijk wordt verminderd. Dit onderzoek breidt het concept van een breed gezichtsveld, dat momenteel populair is bij de volgende generatie AR- en VR-apparaten en -schermen, uit naar het domein van de akoestiek, waardoor wegen worden geopend voor nieuwe toepassingen van technologie voor een breed gezichtsveld.

Het brede gehoorveld meet de breedte van de hoeken waardoor een lens een geluidsbeeld kan weergeven. Traditionele akoestische metalenses hebben last van ongewenste geluidsvervorming (aberratie) wanneer golven onder niet-loodrechte hoeken naderen.

Het team bedacht een methode om de fase van de metalens nauwgezet te controleren, waardoor een nauwkeurige focus van geluidsgolven wordt gegarandeerd, ongeacht hun invalshoek. Dit markeert de eerste succesvolle prestatie en demonstratie van een breed gehoorveld met behulp van ultradunne metalensen, waarmee een gehoorveld van maar liefst 140 graden wordt bereikt zonder geluidsvervorming.

Professor Junsuk Rho van de afdeling Werktuigbouwkunde van POSTECH verklaarde:"Door eerst de betekenis en noodzaak van het gehoorveld aan te tonen, hebben we een nieuw paradigma op het gebied van akoestische metalenses gevestigd. We zullen ons werk voortzetten om de toepassingen ervan verder te onderzoeken in akoestische beeldvorming en hooggevoelige detectie, samen met verkenningen in het oogsten van energie en het monitoren van onderzeeërs in onderwateromgevingen."

Meer informatie: Dongwoo Lee et al, Metalens met breed gehoorveld voor aberratievrije geluidsopname, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47050-9

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Aangeboden door Pohang Universiteit voor Wetenschap en Technologie