Dans ce genre de structures, les signaux sonores restent robustes et insensibles au bruit causé par les impuretés et les défauts du matériau. Dans le cadre de cette recherche, les scientifiques ont découvert que l'isolant topologique acoustique pouvait agir comme un guide d'ondes extrêmement robuste, capable de rayonner le son dans un rayon très étroit vers le champ lointain. Ce rayon acoustique focalisé pourrait être extrêmement important pour des applications telles que les contrôles non destructifs par ultrasons ou dans les échographies diagnostiques en médecine et en biologie, comme le soulignent les chercheurs.

Dans un article, récemment publié dans la revue Physique des communications avec des physiciens de l'Université de Nanjing (Chine) et de l'Université de Stanford (États-Unis), les scientifiques ont passé en revue les études les plus récentes sur le développement de ce sujet lié à la physique quantique. Ce domaine de recherche est à la pointe de la physique et a remporté le prix Nobel de physique 2016. Les scientifiques qui ont réalisé cette étude ont voulu voir si le phénomène des isolants topologiques, traditionnellement utilisé en physique quantique pour contrôler les signaux électriques, pourrait avoir un effet équivalent en utilisant des ondes sonores.

"L'idée était d'utiliser un concept si exotique qu'il pourrait produire des possibilités complètement nouvelles pour les transducteurs acoustiques, capteurs et guides d'ondes. De plus, d'un point de vue plus physique, cela signifierait que certains effets en physique quantique ont un équivalent en physique classique des ondes sonores", commente l'un des auteurs de l'étude, Johan Christensen, du Département de Physique de l'UC3M.

Pour ça, les chercheurs ont voulu imiter le soi-disant "effet vallée-Hall", utilisé pour étudier la conduction électrique dans différents matériaux conducteurs et semi-conducteurs. Cet effet signifie que le champ magnétique a tendance à séparer les charges positives des charges négatives dans des directions opposées, donc les "vallées" sont des maximums et des minimums d'énergie électronique dans un solide cristallin. L'équilibre est rétabli lorsque la force appliquée par le champ électrique généré par la répartition des charges s'oppose à la force appliquée par le champ magnétique. Dans le but d'émuler une version acoustique de cet effet Valley-Hall, les chercheurs ont créé un cristal artificiel macroscopique inspiré du tissage de paniers japonais appelés "kagome, " substituant le bambou aux petits cylindres de résine époxy. Le fonctionnement de ce cristal a été expliqué l'année dernière dans plusieurs articles publiés par Johan Christensen dans les revues scientifiques Matériaux avancés et Lettres d'examen physique .

"Avec curiosité, les états topologiques acoustiques liés à l'effet vallée-Hall montrent un vortex circulant qui, à notre surprise, a produit des propriétés acoustiques inattendues et inédites", explique Johan Christensen. "Notre cristal Kagome a montré une résistance incroyable contre les défauts prononcés, courbes et virages en guidant le son sur la surface ou l'interface du cristal".