Une équipe internationale de chercheurs a montré comment une métasurface élastique non linéaire pouvait convertir la fréquence fondamentale d'une onde en son deuxième harmonique. Facteurs structurels dans les métasurfaces, comme la disposition spatiale de ses molécules et sa composition, sous-tendent son optique, propriétés élastiques et acoustiques. Le développement de cette métasurface pourrait aider les architectes à réduire le bruit des salles de spectacle aux paysages urbains. Ces découvertes pourraient également améliorer la technologie de dissimulation des sous-marins pour échapper à la détection par sonar.
Typiquement, quand une onde sonore frappe une surface, il réfléchit à la même fréquence fondamentale avec une amplitude différente. Leur modèle, signalé dans le Journal de physique appliquée , montre que lorsqu'une onde sonore frappe cette métasurface, la fréquence fondamentale incidente ne rebondit pas. Au lieu, la métasurface convertit cette énergie en la deuxième résonance harmonique de l'onde.
Vincent Tournat, chercheur senior en acoustique au CNRS et auteur de l'article, expliqué que "vous envoyez un pitch A440 et après réflexion, cela est transformé en hauteur A880. » Il a expliqué que cette conversion d'onde est possible « avec une surface réfléchissante mince ... beaucoup moins que la longueur d'onde acoustique. »
Tournat rapporte qu'ils sont parmi les premiers groupes d'acoustique à étudier les métasurfaces acoustiques non linéaires. Leur laboratoire se concentre sur l'acoustique non linéaire, qui décrit les interactions d'ondes de grande amplitude avec des éléments ou des milieux non linéaires. Par exemple, ce sous-domaine étudie comment un son interagit avec des fissures dans un matériau solide, ou comment les ondes élastiques interagissent avec des structures hautement déformables.
L'équipe a développé son nouveau concept de métasurface à partir de travaux expérimentaux antérieurs. Précédemment, ils ont imprimé des matériaux en caoutchouc souple comme le PDMS, un polymère à base de silicium, arrangé les composants dans des configurations carrées tournantes, et envoyé des impulsions d'ondes sonores à travers les structures. Lorsque les impulsions se sont propagées à travers des structures PDMS avec une géométrie particulière, les chercheurs ont observé un effet étrange :la propagation de solitons, impulsions d'ondes non linéaires stables. Par conséquent, la structure hautement déformable est apparue comme une plate-forme idéale pour concevoir une non-linéarité élastique spécifique.
Ces métasurfaces pourraient faire progresser considérablement les technologies de contrôle du bruit car elles pourraient mieux isoler le principal problème du contrôle du bruit :les basses fréquences. "Si vous convertissez l'énergie en fréquences plus élevées, alors vous pourrez plus facilement l'absorber plus tard, " dit Tournat.
Il cite également que les métasurfaces minces pourraient devenir des composants de dispositifs plus complexes comme les diodes acoustiques et les transistors. Ces résultats pourraient même être appliqués à d'autres types de vagues. En optique, des métasurfaces basées sur un concept similaire « pourraient remplacer les cristaux de génération de seconde harmonique (SHG) utilisés pour doubler la fréquence d'un laser en transmission, " dit Tournat.
Ces reflets inattendus sont presque comme un miroir funhouse pour le son. "Ce serait analogue de vous regarder dans un miroir et d'avoir une image réfléchie décalée dans le domaine optique ultraviolet, " dit Tournat. l'équipe vise maintenant à construire la métasurface et à tester expérimentalement leurs découvertes.
