Un nuovo tipo di metamateriale è stato creato da ricercatori provenienti da Germania, Svizzera e Austria. Da esso il suono fluisce in modo impressionante, fornendo anche un'amplificazione delle onde sonore.
Per chi ha fretta:
- Il metamateriale è il primo esempio di catena bosonica di Kitaev ed è stato sviluppato sulla base della catena fermionica di Kitaev;
- L'idea era che invece di essere descritte come elettroni come nella catena fermionica, le onde sarebbero state viste come luce o suono;
- Il risultato è stato un metamateriale che non solo facilitava il passaggio delle vibrazioni ma le amplificava anche.
La ricerca pubblicata in Natura e guidata dall’istituto di ricerca AMOLF è il primo esempio di catena bosonica di Kitaev. Lo studio mirava a sviluppare un materiale topologico in grado di amplificare le onde sonore, qualcosa che è stato ottenuto attraverso l'uso dei laser per manipolare risonatori nanomeccanici.
Ci siamo resi conto che potevamo creare sperimentalmente le connessioni necessarie tra risonatori nanomeccanici, accoppiandoli con l'aiuto delle forze esercitate dalla luce, creando così molle “ottiche”.
Jesse Slim, autore principale dello studio, in una dichiarazione
I risonatori si collegano tra loro utilizzando forze ottiche, dando luogo alla creazione di una molla ottica. Questo approccio è stato ciò che ha permesso la formazione di una catena bosonica di Kitaev, facilitando la propagazione delle onde sonore e conferendo al metamateriale capacità di amplificazione.
Le frequenze sono come parti del suono, misurate in Hz (Credito: Pawel Czerwinski/Unsplash)
Si è notato anche che gli accoppiamenti ottici della catena assomigliano ai collegamenti superconduttori di una catena fermionica di Kitaev, tuttavia i bosoni, a differenza dei fermioni (elettroni), non avendo carica finiscono per non mostrare superconduttività. Invece, amplifica le vibrazioni nanomeccaniche da un'estremità all'altra.
Per saperne di più:
Inizialmente i ricercatori erano interessati a trovare un modello matematicamente simile, ma invece di descrivere le onde come elettroni, venivano descritte come luce o suono, il che si traduce in un comportamento molto diverso.
Rappresentazione grafica delle onde sonore sullo schermo di un computer
Il risultato è stata la catena bosonica di Kitaev, che ha caratteristiche che ricordano i materiali topologici, un concetto valso il Premio Nobel per la fisica 2016 e che garantisce il verificarsi di alcuni fenomeni come l'applicazione direzionale che possono essere utili per agire contro disturbi e difetti.
Il metamateriale potrebbe avere applicazioni per aumentare la sensibilità dei sensori nanomeccanici e nell’informatica quantistica.