Акустични диоди

Акустични диоди пропускат звуковите вълни само в една посока

Резултатите от проучванията на акустични диоди ще намерят място в бита на съвременния модерен човек

Изследвания, публикувани в Science Advances, разказват за група учени от RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS). Те са използвали принцип на „магнито-ротационна връзка“, за да потиснат предаването на звукови вълни върху повърхност в еднa посока. В същото време звуковите вълни са могли да пътуват в другата. Изследването би могло да доведе до разработването на „акустични изправители“ – устройства, които позволяват на вълните да се разпространяват избирателно в една посока с потенциални приложения в комуникационните технологии.

Устройствата, известни като „изправители“, са изключително важни за нашата технологична цивилизация. Най-известни са електронните диоди, които се използват за преобразуване на променлив ток в постоянен ток, като по същество правят електрификацията възможна.

В настоящото проучване групата изследва движението на акустични повърхностни вълни. Движенията на звука могат да се сравнят с  разпространението на земетресения над повърхността на земята, само че в магнитен филм. Известно е, че има взаимодействие между повърхностните акустични вълни и „спиновите вълни“ – смущения в магнитни полета в материала, които могат да се движат през материала.

Акустичните повърхностни вълни могат да възбуждат спинови вълни по два различни начина. Първия начин на магнито-еластичната връзка е много добре документиран. Вторият начин, магнито-ротационно свързване, е предложен преди повече от четиридесет години от Sadamichi Maekawa – един от авторите на настоящия научен труд, но досега не е бил експериментално проверен.

Малко физика

В настоящото проучване изследователите установяват, че двата механизма се появяват едновременно, но с различна интензивност. Те открили, че когато намагнитването на магнитния образец се върти в една и съща посока на повърхностните акустични вълни, енергията на акустичните повърхностни вълни се прехвърля по-ефективно на ротационните вълни, увеличавайки въртенето на магнетизацията. Всъщност изследователите успяха да идентифицират конфигурация на еднопосочно свързване, при която само въртенето на повърхностните акустични вълни в една посока може да се прехвърли към въртенето на магнетизацията. Те са забелязали и че този „коригиращ“ ефект е по-изразен, когато магнитният материал съдържа магнитна анизотропия, което означава, че има предпочитана посока на вътрешно намагнитване дори преди прилагането на външно магнитно поле.

Според Mingran Xu от RIKEN CEMS, автор на статията,

„Беше много вълнуващо да покажа, че феноменът на магнито-ротационното свързване всъщност се случва и че може да се използва за пълно потискане на движението на акустичната енергия в едно посока.“

Jorge Puebla, също от RIKEN CEMS, казва: „Надяваме се, че можем да използваме тази работа за създаване на„ акустични диоди “, еквивалентен на толкова важните електронни диоди. Сравнително лесно бихме могли да направим устройство, при което акустичната енергия ефективно да се прехвърля в едната посока, но да се блокира в другата. Това се случва на микровълнови честоти, което е диапазонът на интерес за комуникационната технология 5G, така че повърхностните акустични вълни могат да бъдат интересен кандидат за тази технология. “

Справка: “Nonreciprocal surface acoustic wave propagation via magneto-rotation coupling” by Mingran Xu, Kei Yamamoto, Jorge Puebla, Korbinian Baumgaertl, Bivas Rana, Katsuya Miura, Hiromasa Takahashi, Dirk Grundler, Sadamichi Maekawa and Yoshichika Otani, 7 August 2020, Science Advances.

DOI: 10.1126/sciadv.abb1724

Коментирайте чрез Facebook

Мнения, критики, неточности - пишете ни, не ни жалете!

За Атанас Георгиев

Казано накратко, юрист с интереси в областта на биологията и технологиите.