La recherche a été initiée et codirigée par le Dr Wang Shubo, professeur adjoint au département de physique de CityU, et menée en collaboration avec des scientifiques de la Hong Kong Baptist College (HKBU) et de la Hong Kong University of Science and Technologies (HKUST). Il a été publié dans Mother nature Communications, intitulé « Spin-orbit interactions of transverse seem ».
Au-delà de la compréhension conventionnelle de l’onde sonore
Les manuels de physique nous disent qu’il existe deux styles d’ondes. Dans les ondes transversales comme la lumière, les vibrations sont perpendiculaires à la course de propagation des ondes. Dans les ondes longitudinales comme le son, les vibrations sont parallèles à la route de propagation des ondes. Mais la dernière découverte des scientifiques de CityU alter cette compréhension des ondes sonores.
« Si vous parlez à un physicien du son transversal aérien, il/elle penserait que vous êtes un profane sans development en physique universitaire, car or truck les manuels scolaires disent que le son aérien (c’est-à-dire le son se propageant dans l’air) est une onde longitudinale », a déclaré le Dr Wang.. « Alors que le son aérien est une onde longitudinale dans les cas habituels, nous avons démontré pour la première fois qu’il peut être une onde transversale dans certaines ailments. Et nous avons étudié ses interactions spin-orbite (une propriété importante n’existe que dans les ondes transversales), c’est-à-dire le couplage entre deux types de instant angulaire. La découverte offre de nouveaux degrés de liberté pour les manipulations sonores.
L’absence de power de cisaillement dans l’air, ou dans les fluides, est la raison pour laquelle le son est une onde longitudinale, a expliqué le Dr Wang. Il avait exploré s’il était feasible de réaliser un son transversal, qui nécessite une pressure de cisaillement. Ensuite, il a conçu l’idée qu’une drive de cisaillement synthétique peut survenir si l’air est discrétisé en « méta-atomes », c’est-à-dire de l’air volumétrique confiné dans de petits résonateurs de taille beaucoup moreover petite que la longueur d’onde. Le mouvement collectif de ces « méta-atomes » d’air peut donner lieu à un son transversal à l’échelle macroscopique.
Conception et réalisation de « métamatériau micropolaire »
Il a ingénieusement conçu un type de matériau artificiel appelé « métamatériau micropolaire » pour mettre en œuvre cette idée, qui apparaît comme un réseau complexe de résonateurs. L’air est confiné à l’intérieur de ces résonateurs mutuellement connectés, formant les « méta-atomes ». Le métamatériau est suffisamment dur pour que seul l’air à l’intérieur puisse vibrer et favoriser la propagation du son. Les calculs théoriques ont montré que le mouvement collectif de ces « méta-atomes » d’air produit bien la force de cisaillement, qui donne naissance au son transverse avec des interactions spin-orbite à l’intérieur de ce métamatériau. Cette théorie a été vérifiée par des expériences menées par le groupe du Dr Ma Guancong à HKBU.
De as well as, l’équipe de recherche a découvert que l’air se comporte comme un matériau élastique à l’intérieur du métamatériau micropolaire et soutient ainsi le son transversal avec à la fois le spin et le moment angulaire orbital. En utilisant ce métamatériau, ils ont démontré pour la première fois deux kinds d’interactions spin-orbite du son. L’une est l’interaction spin-orbite impulsion-espace qui donne lieu à une réfraction négative du son transverse, ce qui signifie que le son se plie dans les directions opposées lorsqu’il traverse une interface. Un autre est l’interaction spin-orbite dans l’espace réel qui génère des tourbillons sonores sous l’excitation du son transverse.
Les résultats ont démontré que le son aérien, ou le son dans les fluides, peut être une onde transversale et porter des propriétés vectorielles complètes telles que le minute angulaire de spin, de la même manière que la lumière. Il offre de nouvelles perspectives et fonctionnalités pour les manipulations sonores au-delà du degré de liberté scalaire conventionnel.
« Ce n’est qu’un précurseur. Nous prévoyons d’autres explorations des propriétés intrigantes du son transversal », a déclaré le Dr Wang. « À l’avenir, en manipulant ces propriétés vectorielles supplémentaires, les scientifiques pourraient être en mesure d’encoder moreover de données dans le son transversal pour briser le goulot d’étranglement de la communication acoustique traditionnelle par les ondes sonores normales. »
L’interaction du spin avec le instant angulaire orbital permet des manipulations sonores sans précédent via son second angulaire. « La découverte peut ouvrir une voie au développement de nouvelles purposes dans les communications acoustiques, la détection acoustique et l’imagerie », a-t-il ajouté.
Le travail a été soutenu par le Study Grants Council de Hong Kong et la National Purely natural Science Basis of China.
