Съвместен екип от POSTECH (Университет за наука и технологии в Поханг) и Националния университет в Чонбук доказа, че механичните вълни могат да бъдат напълно уловени в един-единствен твърд резонатор. Много изследователи смятаха, че това е „теоретично невъзможно“ в компактни системи. Разработката беше публикувана в сп. Physical Review Letters и се фокусира върху свързаните състояния в континуума, или BIC, където вълните остават уловени и не губят енергия, въпреки че в континуума има пътища, по които могат да избягат.

Резонансът е в основата на много устройства, които използвате, като смартфони, ултразвукови скенери и радиоапарати. Резонаторите усилват вълните при определени честоти, но обикновено с течение на времето губят енергия, така че се нуждаят от постоянно захранване. Преди почти век Джон фон Нойман и Юджийн Вигнер предположиха, че при специални условия вълните могат да бъдат уловени завинаги, без да се разсейват. Тези състояния се наричат BIC и дълго време се смятаха за невъзможни в система с една частица.

Изследователите предоставят както теория, така и експерименти, които показват, че истинските BIC с поляризационна защита могат да съществуват в компактни твърди резонатори. Те изградиха настройваема механична система от цилиндрични гранулирани кристали, които са малки кварцови пръчки. Ключовият контрол е в границите на контакта, където цилиндрите се допират. Чрез регулиране на тези контакти те можеха да превключват на място между BIC и квази-BIC по контролиран начин.

При специфично подреждане те наблюдаваха вълнов режим, който остава изцяло вътре в един цилиндър, без измеримо изтичане към съседните части. Те потвърдиха това с помощта на лазерен доплеров виброметър, който измерва малките вибрации на повърхността. Единичният резонатор поддържа BIC с коефициенти на качество над 1000. Коефициентът на качество (Q) на резонанса описва затихването на неговата осцилация. Висока стойност на Q означава ниско затихване и загуба на енергия с по-ниска скорост.

Тъй като един резонатор може да бъде домакин на BIC, свързването на много от тях позволява на тези уловени режими да се обединят и да образуват свързани ленти в периодични структури. Екипът изгради крайна верига с нарушена симетрия на резонатора и наблюдава квазисвързана плоска лента. В плоска лента груповата скорост на вълната става нула при определена честота, така че енергията остава на място, вместо да се разпространява. Всички цилиндри във веригата показаха висок Q, без дисперсия резонанс.

„Това е като да хвърлиш камък в спокойно езеро и да видиш, че вълните остават неподвижни, вибрирайки само на място“, каза водещият автор д-р Йонгтае Джанг. „Въпреки че системата позволява движение на вълните, енергията не се разпространява – тя остава напълно ограничена.“

Екипът нарича този ефект на ниво верига „свързана лента в континуума“, или BBIC. Те посочват възможни приложения в събирането на енергия, ултрачувствителните сензори и комуникациите, където ниските загуби и силното ограничаване спомагат за по-добрата производителност. Работата все още е в етап на фундаментални изследвания.

„Преодоляхме дългогодишна теоретична граница“, казва проф. Жунсук Ро, който ръководи изследването. „Въпреки че все още сме в етап на фундаментални изследвания, последствията са значителни – от енергийни устройства с ниски загуби до сензорни и сигнални технологии от ново поколение.“

Казано с прости думи, екипът е създал набор от кварцови цилиндри, чиито точки на допир действат като прецизни копчета. При правилната настройка вълната може да вибрира вътре в един цилиндър, без да изтича. Свържете няколко от тях и затворената вибрация може да съществува по цялата линия, без да се разпространява. Това показва ясен път за изучаване и използване на силно ограничаване на вълните в компактни, твърди системи.

Снимка: UnsplashбJeonbuk National University

Виж още: HONOR Magic V5: Безкомпромисно тънкият сгъваем смартфон пристига в България