В мире акустики совершено важное открытие: при взаимодействии поверхностных акустических волн (ПАВ) с магнитными материалами учёные впервые зафиксировали явление невзаимной дифракции. Это фундаментальное открытие, сделанное в ходе экспериментов с наноструктурированными магнитными решётками, обладает значительным потенциалом для применения в современных и будущих системах связи, включая как классические, так и перспективные квантовые технологии.
Поверхностные акустические волны представляют собой звуковые колебания, которые распространяются строго вдоль поверхности твёрдого тела, затухая по мере проникновения вглубь. Их уникальная способность точно преобразовывать и обрабатывать сигналы сделала ПАВ ключевым элементом в различных устройствах, от фильтров в мобильных телефонах до высокочувствительных сенсоров. В основе работы многих таких устройств лежит пьезоэлектрический эффект, позволяющий преобразовывать электрические сигналы в механические колебания и обратно.
Обратите внимание: Новое слово в медицине: калужские попы пошли в красную зону, а губернатор развозит врачей по вызовам..
Именно на стыке акустики и магнетизма международная группа исследователей из Университета Тохоку, Японского агентства по атомной энергии и центра RIKEN совершила прорыв. Их работа раскрывает ранее неизвестный механизм распространения звука, который может кардинально изменить подход к проектированию коммуникационных систем.
Нанотехнологии как ключ к открытию
Для достижения этого результата команда под руководством Ёити Араи применила передовые методы нанопроизводства. Учёные создали периодические массивы из магнитных материалов с размерами в нанометровом диапазоне. На этом масштабе материалы начинают проявлять необычные свойства — квантовые эффекты могут значительно изменять их оптические, электрические и, что особенно важно для данного исследования, магнитные характеристики. Эти уникальные свойства наноматериалов и стали основой для эксперимента.
В ходе исследования поверхностные акустические волны пропускались через созданную магнитную нанорешётку, которая действовала как сложный модулятор, изменяющий свойства волны. Вместо предсказуемой симметричной картины рассеяния учёные наблюдали совершенно новое для акустики явление — асимметричную, или невзаимную, дифракцию. Это означает, что характер распространения и рассеяния волны зависит от направления её движения, что является нетипичным для классической акустики.
На изображении представлены новые асимметричные дифракционные картины, полученные с использованием наноструктурированных ферромагнитных решёток.
«До сих пор подобные невзаимные эффекты были прерогативой оптики, — пояснил Ёити Араи. — Поэтому мы крайне воодушевлены тем, что подтвердили существование этого явления в другой волновой среде — акустической. Это расширяет наши фундаментальные представления о взаимодействии волн с веществом».
Магнетизм как причина асимметрии
Последующий теоретический анализ позволил установить причину наблюдаемого эффекта. Невзаимность дифракции является прямым следствием взаимодействия между магнитными свойствами наноматериала и механическими колебаниями поверхностной акустической волны. Это открывает принципиально новые возможности для управления акустическими волнами с помощью внешних магнитных полей — подход, который ранее практически не рассматривался.
Исследователи уверены, что их открытие заложит основу для создания нового поколения акустических устройств. Тонкий контроль над ПАВ с помощью магнетизма может привести к разработке более эффективных фильтров, сенсоров и модуляторов для телекоммуникационного оборудования. Кроме того, это направление выглядит чрезвычайно перспективным для развивающейся области квантовой связи, где требуются высокоточные методы манипуляции сигналами.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.