Світлові та звукові хвилі лежать в основі перенесення енергії та сигналів і мають фундаментальне значення для деяких наших найбільш базових технологій - від стільникових телефонів до двигунів. Ученим, однак, ще належить розробити метод, який дозволяє їм зберігати хвилю неушкодженої протягом невизначеного періоду часу, а потім направляти її в потрібне місце на вимогу.
Такий розвиток подій значно полегшить можливість маніпулювання хвилями для різних цілей, включаючи збір енергії, квантові обчислення, моніторинг структурної цілісності, зберігання інформації та багато іншого.
У нещодавно опублікованій статті в журналі Science Advances група дослідників на чолі з Андреа Алу, експериментально показали, що можна ефективно захопити і зберегти хвилю без змін, а потім направити її до певного місця.
«Наш експеримент доводить, що нетрадиційні форми збудження відкривають нові можливості для отримання контролю над поширенням і розсіюванням хвиль», - сказав Алу. «Ретельно підбираючи тимчасову залежність збудження, можна обдурити хвилю, щоб вона ефективно зберігалася, а потім випустити її на вимогу в бажаному напрямку».
Щоб досягти своєї мети, вченим довелося розробити спосіб зміни базової взаємодії хвиль і матеріалів. Коли світлова або звукова хвиля стикається з перешкодою, вона або частково поглинається, або відбивається і розсіюється. Процес поглинання тягне за собою негайне перетворення хвилі в тепло або інші види енергії.
Матеріали, які не можуть поглинати хвилі, тільки відображають і розсіюють їх. Мета дослідників полягала в тому, щоб знайти спосіб імітувати процес поглинання, не перетворюючи хвилю в інші види енергії і не зберігаючи її в матеріалі. Ця концепція, теоретично введена групою ASRC два роки тому, відома як когерентне віртуальне поглинання.
Щоб довести свою теорію, дослідники дійшли висновку, що їм необхідно адаптувати тимчасову еволюцію хвиль, щоб при контакті з неабсорбуючими матеріалами вони не відбивалися, не розсіювалися і не передавалися. Це запобігатиме виходу хвилі, що падає на конструкцію, і вона буде ефективно захоплена всередині, як якщо б вона була поглинена. Потім збережена хвиля може бути випущена на вимогу.
Під час експерименту дослідники поширювали дві механічні хвилі, що поширюються в протилежних напрямках уздовж хвилеводного стрижня з вуглецевої сталі, який містив порожнину. Зміни в часі кожної хвилі ретельно контролювалися, щоб гарантувати, що порожнина збереже всю енергію удару. Потім, зупинивши збудження або відрегулювавши одну з хвиль, вони змогли контролювати вивільнення накопиченої енергії і направляти її в потрібному напрямку на вимогу.
«Хоча ми провели експеримент з перевіркою концепції, використовуючи пружні хвилі, що поширюються в твердому матеріалі, наші висновки також застосовні до радіохвиль і світла, пропонуючи захоплюючі перспективи для ефективного збору енергії, бездротової передачі енергії, низькоенергетичної фотоніки і в цілому поліпшеної контроль над поширенням хвиль», кажуть дослідники.
