Comportement du son transversal comme les ondes scalaires

Expériences

Dans mon résumé sur les ondes scalaires, j’explique que l’onde scalaire est longitudinale et voyage en onde spirale (vortex). Une équipe de recherche de la City University of Hong Kong (CityU) vient de mettre en évidence que l’onde sonore aérienne pouvait vibrer transversalement. Cela signifie qu’elle peux transporter à la fois un spin et un moment angulaire orbital comme la lumière et les ondes scalaires.

Cette recherche a été effectuée par le Dr Wang Shubo, professeur adjoint au département de physique de CityU, et menée en collaboration avec des scientifiques de la Hong Kong Baptist University (HKBU) et de la Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) . Une publication a été faire dans Communication Nature, intitulé « Interactions spin-orbite du son transversal ».

Des cellules en vortex pour rendre le son transversal

Pour pouvoir transformer le déplacement longitudinal habituel du son en un déplacement transversal, le son a traversé un réseau de cellules. Chaque cellule composée de 6 structures chirales, induis un vortex dans le son. Ce réseau complexe de résonateurs a été appelée « métamatériau micropolaire » constituant des « méta-atomes ».

Les calculs théoriques ont montré que le mouvement collectif de ces « méta-atomes » d’air produit une force de cisaillement, qui donne naissance au son transverse avec des interactions spin-orbite à l’intérieur de ce métamatériau. Cette théorie a été vérifiée par des expériences menées par l’équipe du Dr Ma Guancong à HKBU.

En utilisant ce métamatériau, ils ont démontré pour la première fois deux types d’interactions spin-orbite du son :

  • L’une est l’interaction spin-orbite impulsion-espace qui donne lieu à une réfraction négative du son transverse, ce qui signifie que le son se plie dans les directions opposées lorsqu’il traverse une interface.
  • Un autre est l’interaction spin-orbite dans l’espace réel qui génère des tourbillons sonores sous l’excitation du son transverse.

«Ce n’est qu’un précurseur. Nous prévoyons d’autres explorations des propriétés intrigantes du son transversal », a déclaré le Dr Wang. “À l’avenir, en manipulant ces propriétés vectorielles supplémentaires, les scientifiques pourraient être en mesure d’encoder plus de données dans le son transversal pour briser le goulot d’étranglement de la communication acoustique traditionnelle par les ondes sonores normales.”

L’interaction du spin avec le moment angulaire orbital permet des manipulations sonores sans précédent via son moment angulaire. “La découverte peut ouvrir une voie au développement de nouvelles applications dans les communications acoustiques, la détection acoustique et l’imagerie”, a-t-il ajouté.

Référence : « Spin-orbit interactions of transverse sound » par Shubo Wang, Guanqing Zhang, Xulong Wang, Qing Tong, Jensen Li et Guancong Ma, 21 octobre 2021, Communication Nature.
DOI : 10.1038/s41467-021-26375-9

Le Dr Wang est le premier auteur et l’auteur correspondant de l’article. Le Dr Ma est un autre auteur correspondant. Les collaborateurs incluent le professeur Li Jensen de l’Université des sciences et technologies de Hong Kong, Mme Tong Qing, doctorante de CityU, et d’autres chercheurs de HKBU.

Le travail a été soutenu par le Research Grants Council de Hong Kong et la National Natural Science Foundation of China.

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