俄勒冈大学 信用:CC0公共领域 俄勒冈大学的物理学家开发了一种新的方法来操纵声音——停止它，反转它，存储它，甚至以后使用它——在被称为超材料的合成复合结构中
这一发现是通过对弹性薄板机械振动的理论和计算分析得出的，弹性薄板是所提出设计的基础
物理学家普拉格洛夫·卡尔基和杰森·保罗斯还开发了一个更简单的最小模型，该模型由弹簧和质量组成，展示了相同的信号处理能力
UO物理系和基础科学研究所的博士后研究员卡尔基说:“有很多机制可以引导或阻止声波通过超材料传播，但我们的设计是第一个动态停止和逆转声音脉冲的。”
弯曲刚度和整体张力——两个控制薄板中声音传播的物理参数——之间的相互作用是它们信号处理机制的核心
虽然弯曲刚度是一种材料特性，但在它们的系统中，整体张力是一个外部可控的参数
在3月29日在线发表在《应用物理评论》杂志上的一篇论文中，卡尔基和物理学助理教授、基础科学研究所成员保罗斯描述了他们的新机制，他们称之为动态色散调节
“如果你把一块石头扔进池塘，你会看到涟漪，”卡尔基说
“但是，如果你把石头扔出去，你看到的不是向外扩散的波纹，而是在撞击点上下移动的水，会怎么样呢？这与我们系统中发生的情况相似
" 卡尔基说，在人工制造的超材料中操纵声音、光或任何其他波的能力是一个活跃的研究领域
光学或光子超材料具有传统材料所不具备的负折射率等特性，最初是为了控制光线而开发的，可用于制造隐形斗篷和超级透镜
人们正在探索它们在航空航天、国防、消费电子、医疗设备和能量收集等多种应用中的用途
卡尔基说，声学超材料通常是静态的，一旦生产出来就不能改变，动态调整它们的特性是一个持续的挑战
其他研究小组已经提出了几种调节声音传输的策略，从折纸灵感设计到磁性开关
“在我们的例子中，可调性来自于实时改变鼓状薄膜张力的能力，”卡尔基说
卡尔基和保罗指出，其他的灵感来自物理学家本杰明·阿莱曼在UO实验室的研究
在2019年的《自然通讯》中，阿莱曼的团队展示了一种石墨烯纳米机械测辐射热计，这是一种鼓状薄膜，可以在高速和高温下检测光的颜色
这种方法利用了全球紧张局势的变化
虽然新论文中的机制在理论上已经确定，需要在实验室实验中证明，卡尔基说，他相信这种方法会奏效
“我们的动态色散调谐机制与你使用的是声波、光波还是电波无关，”卡尔基说
“这也开启了在光子和电子系统中操纵信号的可能性
" 他说，可能性包括改善声音信号处理和计算
设计基于石墨烯的声学超材料，比如在阿莱曼的实验室开发的那些，可以带来多种用途，比如基于波的计算、微机械晶体管和逻辑器件、波导和超灵敏传感器
“我们的设计可以用石墨烯在微型尺度上构建，也可以用鼓状膜片在大尺度上构建，”卡尔基说
“你敲击鼓链，产生一种特定的向一个方向移动的声音模式，但通过调整鼓的张力，我们可以停止声音并储存起来以备将来使用
它可以被反转或操纵成任何数量的其他模式
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