Levitação acústica e manipulação de pequenos objetos vêm sendo estudados por físicos chineses a partir de ondas sonoras que não têm um spin associado
Recentemente, físicos chineses conseguiram criar redemoinhos de ondas acústicas. Esta é uma técnica que possibilita avançar com qualidade nas tecnologias de levitação e manipulação de pequenos objetos.
Levitação acústica e pinças sônicas
A levitação acústica e as pinças sônicas tem a função de complementar e expandir os trabalhos realizados pelas pinças de luz. Isso tudo possibilita a manipulação de objetos maiores, saindo do reino microscópico e chegando a pequenos objetos visíveis a olho nu.
Além disso, as tecnologias sônicas operam com matrizes de alto-falantes, normalmente de formato hemisférico. Elas emitem ondas na faixa do ultrassom para gerar campos acústicos 3D, que capturam e movimentam os objetos.
Por outro lado, em razão dos conjuntos de alto-falantes serem grandes e causando limitações às aplicações práticas, Hao Ge e colegas da Universidade Nanjing foram buscar auxílio no campo dos metamateriais. Esses materiais permitem manipular ondas dos mais diversos tipos, inclusive as ondas sonoras.
Apesar de serem apenas 12, os alto-falantes seguem lá, porém, o som agora é voltado à metassuperfície. Neste local, há uma matriz de furos hexagonais que funciona como “antenas”, dirigindo e controlando os campos acústicos.
Skyrmions acústicos
Neste caso, a matriz de furos hexagonais aprisiona as ondas sonoras. Em seguida, elas decaem exponencialmente de acordo como se projetam acima da superfície. A medida resultou em um padrão periódico de redemoinhos acústicos, que a equipe detectou ao mapear a velocidade 3D do ar.
Contudo, ainda houve a surpresa de que esses redemoinhos são em tudo semelhantes aos já conhecidos skyrmions. Estes são quasipartículas superficiais (ou topológicas) que vêm sendo usadas em formas inovadoras para o armazenamento e processamento magnético de informações.
No entanto, não era esperado pelos físicos chineses que skyrmions aparecessem em ondas escalares, como as sonoras. Tradicionalmente, os skyrmions emergem como quasipartículas estáveis em campos vetoriais, com seus tradicionais spins, como no caso da luz e do magnetismo.
Motivo para o surgimento em meio à pesquisa
Para a equipe, o surgimento dos skyrmions de som se deve a uma propriedade das ondas acústicas que poucas vezes é levada em conta. No caso, apesar das oscilações de densidade que formam essas ondas não possuam uma orientação intrínseca (um spin), elas são acompanhadas por um movimento coerente do meio acústico local. E é exatamente neste campo de velocidade 3D que os skyrmions acústicos se constituem.
Conclusão sobre a levitação acústica
A equipe provou que é possível manipular os redemoinhos de dom modulando as ondas acústicas. Sendo assim, é possível alterar a amplitude das ondas que muda a forma dos skyrmions, enquanto que estes mudam as fases das ondas que movimenta os skyrmions por meio da metassuperfície.
Por fim, os pesquisadores pretendem analisar a possibilidade de criação de outras estruturas superficiais estáveis utilizando as muitas possibilidades oferecidas pelos metamateriais e metassuperfícies.
*Foto: Reprodução/Imagem: Hao Ge et al. – 10.1103/PhysRevLett.127.144502
