Un equipo de investigadores de la Universidad de Connecticut (UConn) ha alcanzado un hito significativo en el campo de la fonónica, al demostrar experimentalmente por primera vez una estructura de banda fonónica completamente plana (AFB). La fonónica se centra en el estudio del control del sonido y el calor, y este avance abre la puerta a una nueva clase de materiales capaces de manejar de manera única las ondas sonoras y las vibraciones.
El estudio, publicado recientemente en Physical Review Letters, presenta materiales que pueden atrapar energía con una intensidad sin precedentes, lo que ofrece posibilidades emocionantes para aplicaciones en acústica, aislamiento de vibraciones y recolección de energía, entre otros. La investigación fue liderada por el profesor Osama Bilal, director del Laboratorio de Ingeniería de Ondas para Materia Extrema e Inteligente (We-Xite), junto con el estudiante de doctorado Mahmoud Samak.
Innovaciones en el control de ondas sonoras
Bilal describe que una banda plana en una estructura de bandas es un tipo especial de banda de frecuencia donde la velocidad de grupo se mantiene en cero en todos los números de onda. Esto implica que las ondas sonoras en estas frecuencias no se propagan ni se dispersan, lo que resulta en una localización de energía cerca de la fuente, con intensidades extremadamente altas. La metodología de su equipo demuestra que se pueden diseñar materiales que aíslen ondas en todas las frecuencias posibles y atrapen energía a intensidades extremas simultáneamente.
El avance radica en el uso de discos flotantes libres con acoplamientos magnéticos, una plataforma que Bilal ha estado desarrollando durante los últimos años y que proporciona la rigidez necesaria para crear una estructura de banda plana completamente funcional para los fonones. Este enfoque comenzó con un modelo simple que utilizaba masas y resortes para identificar las condiciones necesarias para lograr una estructura de banda fonónica completamente plana.
El equipo tiene como objetivo perfeccionar aún más su metodología de diseño y explorar cómo estos materiales de banda plana pueden escalarse e integrarse en aplicaciones del mundo real, como el aislamiento acústico y de vibraciones, la recolección de energía para sensores o dispositivos médicos, y el camuflaje acústico. Este trabajo no solo representa un experimento en el laboratorio, sino que sienta las bases para nuevas tecnologías en acústica y manipulación del calor.
La investigación de Bilal y su equipo también abre nuevas fronteras para el estudio de las bandas planas en otros tipos de dominios de ondas, lo que podría llevar a capacidades de control de ondas aún más exóticas. Este avance en metamateriales fonónicos no solo es un logro académico, sino un paso hacia la innovación tecnológica que podría beneficiar a diversas industrias en un futuro cercano.
