Исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук и факультета физики Гарвардского университета использовала музыкальную пилу, чтобы продемонстрировать, как геометрия изогнутого листа металла может быть изменена и настроена для создания высококачественных длительных колебаний. Геометрия музыкальной пилы, как отмечают исследователи, создает то, что музыканты называют зоной наилучшего восприятия, а физики — локализованными вибрационными модами. Это ограниченная область на листе, которая резонирует без потери энергии по краям.
Используя математику топологических систем, исследователи обнаружили, что локализованные колебательные моды в зоне наилучшего восприятия поющей пилы регулируются топологическим параметром, который можно вычислить и который основан на существовании двух противоположных кривых в материале. Исследователи также обнаружили, что они могут настраивать локализацию моды, изменяя форму S-образной кривой, что важно в таких приложениях, как зондирование, где нужен резонатор, настроенный на очень специфические частоты.
«Используя эксперименты, теоретический и численный анализ, мы показали, что S-кривизна в тонкой оболочке может локализовать топологически защищенные моды в «зоне наилучшего восприятия» или на линии перегиба, подобно экзотическим краевым состояниям в топологических изоляторах. Это явление не зависит от материала — оно проявляется в стали, стекле или даже в графене», — говорит Пьетюр Брайд, сотрудник Гарвардской школы инженерии и прикладных наук.
Исследователи считают, что их открытие задает надежный принцип проектирования высококачественных резонаторов, причем, независимо от размера и типа материала — от макроскопических музыкальных инструментов до наноразмерных устройств. Результат будет достигаться просто за счет сочетания геометрии и топологии. Эта технология сможет заменить сложные тщательно структурированные периодические массивы наномембран, которые используются для управления локальными модами сейчас.