Первые топологические акустические транзисторы разработали в Гарварде

Первые топологические акустические транзисторы, работающие со звуковыми волнами вместо электронов, разработали и смоделировали исследователи Гарвардского университета, 5 января сообщает Phys.org.

«С момента появления топологических материалов примерно в 2007 году возник большой интерес к разработке топологического электронного транзистора. Хотя материалы, которые мы использовали, не приведут к созданию электронного топологического транзистора, наш общий процесс проектирования применим как к квантовым материалам, так и к фотонным кристаллам, что вселяет надежду на то, что электронные и оптические эквиваленты могут не сильно отстать», — сказала Дженни Хоффман, профессор в Гарвардской школе инженерных и прикладных наук Джона А. Полсона (SEAS).

Поскольку уравнения для звуковых волн имеют точные решения, ученые смогли численно найти правильную комбинацию материалов для проектирования топологического акустического волновода, который включается при нагревании и выключается при охлаждении.

Исследователи использовали ячеистую решетку из стальных столбов, прикрепленных к пластине с высоким тепловым расширением, запечатанной в герметичной коробке. Решетка имеет немного большие столбы на одной половине и немного меньшие столбы на другой половине.

Эти различия в размерах и расстоянии между столбами определяют топологию решетки, независимо от того, могут ли звуковые волны распространяться по определенному каналу или нет. Затем исследователи разработали второе устройство, которое преобразует ультразвук в тепло.

Тепло расширяет решетку столба и изменяет топологию волновода. При соединении вместе эти два устройства позволяют выходу одного волновода управлять состоянием следующего, точно так же, как электроны, текущие в обычном транзисторе, могут переключать другие транзисторы.

Эти акустические топологические переключатели являются масштабируемыми. Это означает, что та же конструкция, используемая для ультразвуковых частот в сантиметровом масштабе, может также работать при субмиллиметровых размерах и частотах, обычно используемых для передачи поверхностных акустических волн.

«Управление топологически защищенным акустическим переносом находит применение в ряде важных областей, включая эффективное подавление акустического шума, одностороннее распространение звука, ультразвуковую визуализацию, эхолокацию, акустическую маскировку и акустическую связь», — сказал Харрис Пири, бывший аспирант физического факультета.

Эти акустические метаматериалы также могут быть использованы в качестве учебного пособия.

«В отличие от квантово-механических систем, акустические метаматериалы просты, осязаемы и интуитивно понятны. Они служат доступной отправной точкой для изучения передовых тем физики конденсированных сред, включая топологические изоляторы», — сказал Хоффман.