Les ondes lumineuses et sonores sont à la base du transport de l'énergie et des signaux et sont fondamentales pour certaines de nos technologies les plus élémentaires, des téléphones portables aux moteurs. Scientifiques, cependant, doivent encore concevoir une méthode leur permettant de stocker une vague intacte pendant une période de temps indéfinie, puis de la diriger vers un emplacement souhaité à la demande. Un tel développement faciliterait grandement la capacité de manipuler les ondes pour une variété d'utilisations souhaitées, y compris la récupération d'énergie, l'informatique quantique, surveillance de l'intégrité structurelle, stockage d'informations, et plus.

Dans un article récemment publié dans Avancées scientifiques , un groupe de chercheurs dirigé par Andrea Alù, directeur fondateur de la Photonics Initiative au Advanced Science Research Center (ASRC) du Graduate Center, CUNY, et par Massimo Ruzzene, professeur d'ingénierie aéronautique à Georgia Tech, ont montré expérimentalement qu'il est possible de capturer et de stocker efficacement une onde intacte puis de la guider vers un endroit précis.

"Notre expérience prouve que les formes d'excitation non conventionnelles ouvrent de nouvelles opportunités pour maîtriser la propagation et la diffusion des ondes, " dit Alù. " En adaptant soigneusement la dépendance temporelle de l'excitation, il est possible de tromper l'onde pour qu'elle soit efficacement stockée dans une cavité, puis relâchez-le à la demande dans la direction souhaitée."

Méthodologie

Pour atteindre leur objectif, les scientifiques ont dû trouver un moyen de modifier l'interaction de base entre les ondes et les matériaux. Lorsqu'une onde lumineuse ou sonore heurte un obstacle, il est soit partiellement absorbé, soit réfléchi et diffusé. Le processus d'absorption implique la conversion immédiate de l'onde en chaleur ou en d'autres formes d'énergie. Les matériaux qui ne peuvent pas absorber les ondes ne font que les réfléchir et les disperser. L'objectif des chercheurs était de trouver un moyen d'imiter le processus d'absorption sans convertir l'onde en d'autres formes d'énergie et à la place de la stocker dans le matériau. Ce concept, introduit théoriquement il y a deux ans par le groupe ASRC, est connue sous le nom d'absorption virtuelle cohérente.

Pour prouver leur théorie, les chercheurs ont estimé qu'ils devaient adapter l'évolution temporelle des vagues de sorte que lorsqu'elles entrent en contact avec des matériaux non absorbants, ils ne seraient pas reflétés, éparpillé, ou transmis. Cela empêcherait la vague frappant la structure de s'échapper, et il serait efficacement piégé à l'intérieur comme s'il était absorbé. L'onde stockée pourrait alors être libérée à la demande.

Au cours de leur expérience, les chercheurs ont propagé deux ondes mécaniques se déplaçant dans des directions opposées le long d'une barre de guide d'ondes en acier au carbone qui contenait une cavité. Les variations temporelles de chaque onde ont été soigneusement contrôlées pour garantir que la cavité conserverait toute l'énergie incidente. Puis, en arrêtant l'excitation ou en désaccordant l'une des ondes, ils ont pu contrôler la libération de l'énergie stockée et l'envoyer vers une direction souhaitée à la demande.

« Alors que nous menions notre expérience de preuve de concept en utilisant des ondes élastiques se déplaçant dans un matériau solide, nos résultats sont également applicables aux ondes radio et à la lumière, offrant des perspectives intéressantes pour une récupération efficace de l'énergie, transfert de puissance sans fil, photonique basse énergie, et généralement un meilleur contrôle de la propagation des ondes, " dit Ruzzène.