Южнокорейские ученые обнаружили, что можно полностью изолировать механические волны внутри компактного объекта, не позволяя им рассеиваться. Специалисты из Университета науки и технологий Поханга (POSTECH) и Национального университета Чонбук разработали метод захвата подобных волн, что может значимо повлиять на развитие технологий в сфере гаджетов, датчиков и энергетических решений.
Множество современных устройств, начиная с мобильных телефонов и заканчивая ультразвуковыми системами, функционируют благодаря резонансу, при котором волны усиливаются при конкретных частотах. Однако, как правило, эти волны теряют свою энергию с течением времени, требуя постоянного пополнения. Более ста лет назад Джон фон Нейман и Юджин Вигнер предположили, что волны могут находиться в состоянии вечного удержания без потерь, называемом BIC (bound state in the continuum). Это подобно водовороту, который остается стабильным, несмотря на текущую неподалеку реку. Тем не менее, считалось, что это невозможно для изолированного небольшого объекта.
Ученые разработали простую структуру из цилиндрических частиц — небольших кварцевых прутьев. Точно регулируя их взаимное расположение, исследователи контролировали движение волн. В определенной конфигурации волна «задерживалась» в одном цилиндре без выхода наружу. Это явление, известное как поляризационно-защищенный BIC, удалось не только теоретически смоделировать, но и продемонстрировать в лабораторных условиях. К тому же, эффективность данной системы оказалась весьма высокой: потери энергии были крайне малы, а качество (Q-фактор) превысило значение 1000.
Объединив несколько таких цилиндров в цепь, ученые заметили, что волны не рассеиваются, а распространяются по всей цепи, оставляясь при этом «запертыми». Так родилось новое явление, получившее название связанной полосы в континууме (BBIC), где энергия сохраняется.
«Представьте, будто вы бросили камень в пруд, но волны на воде застопорились и не рассыпаются», — поясняет ведущий автор исследования доктор Ентэ Чан. Подобное поведение волн может послужить основой для разработки сверхчувствительных датчиков, высокоэффективных антенн или устройств для безынерционной сбора энергии.
По мнению профессора Джунсука Ро, руководителя данного исследования, подобное открытие может способствовать созданию новых технологий, таких как энергосберегающие устройства или системы связи завтрашнего дня.
Источник: iXBT
