Физики создали акустический диод

Экспериментаторы из Калифорнийского технологического института придумали механическое устройство, которое проводит звук только в одном направлении. Опыт призван проторить дорожку звукоизоляционным материалам с настраиваемыми параметрами.

Схема прибора. Красным и жёлтым показана амплитуда колебаний сфер (иллюстрация Georgios Theocharis/ Caltech).

Опытная установка состоит из одномерной цепочки идентичных упругих сфер, немного сжатых для плотного контакта. С одной из сторон цепочки учёные подсоединяли актуатор, инициирующий колебания с разными частотами. Отдельные сенсоры фиксировали вибрации всех этих крошечных твёрдых частиц.

Отличие от похожих опытов прошлого — это «дефект массы» — шарик меньшего, но точно рассчитанного, веса, добавленный в один из концов цепочки. Его присутствие привело к удивительному результату. Состояние всей системы и, следовательно, передача колебаний вдоль сфер стали сильно зависеть от места расположения «дефектного» шарика (или от того, с какого края подсоединяли актуатор).

При подаче колебаний определённых частот происходила бифуркация и движения частиц цепочки меняли характер с периодического на хаотический или обратно.

Авторы подчёркивают, что система испытывала очень резкий переход в своём режиме работы при передаче акустических колебаний в прямом и обратном направлении. В результате получился первый перенастраиваемый акустический диод, работающий к тому же в слышимом диапазоне частот. Его коэффициент выпрямления превысил 10⁴.

Физики полагают, что этот опыт пригодится в разработке экзотических материалов для зданий, позволяющих, к примеру, в комнате А слышать всё, что происходит в комнате B, но не наоборот.

Кроме того, учёные показали, что настраиваемый звуковой диод может конвертировать колебания одних частот в другие. Такой материал мог бы удалять из всего спектра шума самые нежелательные частоты, или переводить паразитные шумы и вибрации в такие колебания, которые затем можно было бы легко собирать и конвертировать в даровой ток с помощью миниатюрных генераторов.

(Детали работы можно найти в статье в Nature Materials и пресс-релизе университета.)