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| Ondas sonoras que atraviesan un vacío. Crédito: Universidad de Jyväskylä |
Las ondas acústicas pueden formar un túnel sobre un hueco de vacío más allá de la distancia de interacción carga-carga porque los desplazamientos mecánicos en los materiales piezoeléctricos se transmiten a lo largo de campos eléctricos macroscópicos. Sin embargo, el efecto túnel completo de las ondas acústicas no se ha demostrado de forma rigurosa ni se han determinado las condiciones necesarias para conseguirlo.
En un nuevo estudio, los físicos demuestran analíticamente que el sonido puede transmitirse con fuerza a través de una región de vacío. Los físicos han demostrado que si los materiales son piezoeléctricos, una onda sonora puede saltar o hacer un "túnel" completo a través de un hueco de vacío entre dos sólidos.
Dado que puede existir un campo eléctrico en el vacío, las vibraciones (ondas sonoras) en tales materiales también dan lugar a una respuesta eléctrica, lo que permite transmitir las ondas sonoras. Es necesario que la separación sea menor que la longitud de onda de la onda sonora. Si el vacío se reduce a medida que aumentan las frecuencias, este efecto se produce no sólo en la gama de frecuencias de audio (Hz-kHz), sino también en la de ultrasonidos (MHz) e hipersonidos (GHz).
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| Dos sólidos piezoeléctricos 1, 2 están separados por un hueco de vacío de anchura d. Una onda acústica entrante procedente del sólido 1 (eje z positivo de un laboratorio de coordenadas xyz) con un ángulo incidente θi atraviesa el hueco de vacío hasta el sólido 2 dentro del plano xz. XYZ describe las coordenadas intrínsecas del cristal, que pueden rotarse con respecto a las coordenadas xyz. Crédito: Communications Physics (2023). DOI: 10.1038/s42005-023-01293-y |
El profesor Ilari Maasilta, del Centro de Nanociencia de la Universidad de Jyväskylä, afirma: "En la mayoría de los casos, el efecto es pequeño, pero también encontramos situaciones en las que toda la energía de la onda salta a través del vacío con una eficacia del 100 %, sin reflejos. Como tal, el fenómeno podría encontrar aplicaciones en componentes microelectromecánicos (MEMS, tecnología de teléfonos inteligentes) y en el control del calor".
Además, los científicos demuestran que para lograr experimentalmente la tunelización completa, la impedancia eléctrica superficial y la permitividad superficial efectiva del material piezoeléctrico pueden conectarse a la condición de transmisión completa.
Los científicos señalaron: "Apoyamos nuestros hallazgos con resultados numéricos para la transmitancia de potencia máxima de una onda transversal lenta que tuneliza entre cristales idénticos de ZnO. Los resultados muestran que puede conseguirse una tunelización completa para muchas orientaciones".
Fuentes, créditos y referencias: