Um grupo de pesquisadores da Universidade Carlos III de Madrid (UC3M), em colaboração com cientistas chineses da Universidade de Nanjing (NJU), conceberam um novo tipo de isolamento acústico que permite que as ondas sonoras se concentrem nos cantos. Essa linha de pesquisa pode ter aplicações em tecnologias de ultrassom industrial ou no aprimoramento de determinados exames de diagnóstico médico, como o ultrassom.

A pesquisa se insere no campo de estudo da física da matéria condensada, mais especificamente, o campo dos materiais topológicos, que são sólidos e que se comportam como isolantes elétricos em seu interior, permitindo a condução elétrica na superfície. Outra característica que torna esses materiais interessantes é que eles são "protegidos topologicamente, " isso é, um sinal permanece robusto e insensível à presença de impurezas e defeitos do material. Vários projetos de pesquisa recentes mostraram que os isoladores topológicos de ordem superior podem concentrar energia nos cantos. O que os cientistas da UC3M e da NJU fizeram é "traduzir" esse fenômeno, que é bem conhecido na teoria da física quântica, à acústica clássica para poder concentrar a energia acústica nos cantos. Os resultados foram publicados recentemente na revista. Cartas de revisão física .

Para explicar o processo intuitivamente, os pesquisadores usam a escultura "Organo" (órgão) de Eusebio Sempere como exemplo. Localizado nos jardins da Fundação Juan March em Madrid (ver imagem), esta escultura é composta por barras ocas de alumínio separadas umas das outras por alguns centímetros e colocadas em uma treliça quadrada. Em 1995, Cientistas espanhóis mostraram que a escultura era capaz de atenuar o som.

Usando essa ideia como ponto de partida, vários estudos foram realizados nos quais, combinando dois cristais com topologias diferentes, o som poderia ser transportado apenas por meio da interface entre os dois. "Nesse caso, demos mais um passo. A estrutura do estudo é formada por dois cristais sônicos com diferentes topologias colocadas concentricamente. Esta nova configuração significa que o som não pode ser transmitido por toda a estrutura, mas sim está focado nos cantos entre os dois cristais. A intensidade do som em cada um desses cantos vai depender das propriedades físicas levadas em consideração, "explica um dos autores do estudo, Johan Christensen, do Departamento de Física da UC3M.

Essas previsões teóricas também foram validadas experimentalmente em um artigo publicado na última edição da revista. Materiais avançados . "Além de sua importância acadêmica, prevemos que os resultados obtidos podem ser usados ​​para focar a energia acústica, "adiciona outro dos autores, María Rosendo López, pesquisadora do projeto PHONOMETA da UC3M. As aplicações potenciais incluem o desenvolvimento de novos guias de ondas, isso é, estruturas físicas que são usadas para guiar as ondas sonoras. "Podemos conseguir isso sem a necessidade de um canal físico, mas simplesmente através da topologia do sistema de estudo. Este caso de transporte de som é relevante para aplicações de filtragem e condução. Ao contrário dos sistemas passivos tradicionais, este é altamente robusto contra imperfeições, "diz María Rosendo López.

Outra aplicação potencial é a conversão acústico-elétrica. "Já que somos capazes de concentrar o som nos cantos, colher a energia acústica, concentre-se nos cantos e depois converta-a em energia elétrica, ", acrescentam os pesquisadores. Esses avanços também podem ter aplicações em tecnologias de ultrassom industrial ou no aprimoramento de certos testes de diagnóstico médico, como o ultrassom, por exemplo.