突破性地实现了机械波的存储和释放而不损失能量

光和声波是能量和信号传输的基础，也是我们最基本技术的基础——从手机到发动机。然而，科学家还没有设计出一种方法，可以让它们无限期地储存波浪，然后根据需要将它们引导到需要的地方。这样的发展将极大地促进操纵波用于各种所需用途的能力，包括能量收集、量子计算、结构完整性监测、信息存储等。

在一篇新发表的《科学进展》论文中，由纽约市立大学研究生中心高级科学研究中心 (ASRC) 光子学计划创始主任 Alù Yao 和纽约市立大学的航空航天工程教授 Massimo Ruzzene 领导的研究小组佐治亚理工学院通过实验证明，可以有效地捕获和存储波形，然后将其定向到特定位置。

“我们的实验表明，非传统形式的激发为控制波传播和散射提供了新的机会，”Alù说。 “通过仔细调整激励的时间依赖性，波可以有效地存储在腔中，然后根据需要沿所需方向释放。”

方法

为了实现他们的目标，科学家必须想出一种方法来改变波与物质之间的基本相互作用。当光或声波遇到障碍物时，它会被部分吸收或反射和散射。吸收过程需要立即将波转化为热量或其他形式的能量。不能吸收波的材料只能反射和散射波。研究人员的目标是找到一种方法来模拟吸收过程，而不将波转换成其他形式的能量，而是将它们存储在材料中。理论上，ASRC Group两年前提出的这个概念被称为相干虚拟吸收。

为了证明他们的理论，研究人员推测他们需要调整波的时间演化，以便它们在与非吸收性材料接触时不会被反射、散射或传播。这可以防止冲击结构的波浪逸出，并且它被有效地困在内部，就像被吸收一样。然后可以根据需要释放存储的波。

在实验过程中，研究人员沿着包含空腔的碳钢波导传播两个以相反方向传播的机械波。每个波的时间都经过仔细控制，以确保腔体保留所有冲击能量。然后，通过停止激发或使其中一种波失谐，他们能够控制所存储能量的释放，并根据需要将其发送到所需的方向。

“虽然我们在固体材料中使用弹性波进行了概念验证实验，但我们的发现也适用于无线电波和光，为高效能量收集、无线功率传输和低能光子学提供了令人兴奋的见解。前景，并普遍加强对波传播的控制，”Ruzzene 说。