Исследователи из Южной Кореи доказали, что механические волны можно полностью удержать внутри одного крошечного объекта, не позволяя им рассеиваться. Ученые из Университета науки и технологий Поханга (POSTECH) и Национального университета Чонбук нашли способ «поймать» волны — это может изменить мир гаджетов, датчиков и энергетики.
Многие устройства вокруг нас — от телефонов до ультразвуковых аппаратов — работают благодаря резонансу, когда волны усиливаются на определенных частотах. Но обычно такие волны со временем теряют энергию, и устройствам нужна постоянная подпитка. Еще сто лет назад ученые Джон фон Нейман и Юджин Вигнер предположили, что волны можно удержать навсегда, без потерь, в так называемом состоянии BIC (bound state in the continuum). Это как водоворот, который не исчезает, даже если река течет мимо. Однако считалось, что в одиночном маленьком объекте это невозможно.
Исследователи создали простую систему из цилиндрических частиц — маленьких кварцевых стержней. Точно настраивая, как эти цилиндры соприкасаются, ученые управляли движением волн. В определенном положении волна «застревала» внутри одного цилиндра, не уходя наружу. Это явление, названное поляризационно-защищенным BIC, удалось не только рассчитать, но и увидеть в реальном эксперименте. Более того, система показала невероятную эффективность: потери энергии были минимальны, а показатель качества (Q-фактор) превысил 1000.
Когда ученые соединили несколько таких цилиндров в цепочку, волны не рассеивались, а распространялись по всей цепи, оставаясь «запертыми». Это открыло новое явление — связанную полосу в континууме (BBIC), где энергия не теряется.
«Представьте, что вы бросили камень в пруд, но круги на воде замерли и не расплываются», — объясняет ведущий автор исследования доктор Ентэ Чан. Такое поведение волн может стать основой для сверхчувствительных датчиков, эффективных антенн или устройств, которые собирают энергию без потерь.
По словам профессора Джунсука Ро, руководителя исследования, такое открытие может привести к созданию новых технологий, таких как энергосберегающие гаджеты или системы связи будущего.