Ääniaaltojen Hall-ilmiö

Mississippin yliopiston uusi tutkimus osoittaa, että jotkut ääniaallot eivät liiku vain eteenpäin – ne liikkuvat myös hieman sivulle. Tämän liikkeen ymmärtäminen voisi auttaa tutkijoita kehittämään tarkempia akustisia työkaluja.

Koe on ensimmäinen Hall-ilmiön mittaus akustiikan alalla. Hall-ilmiö tapahtuu, kun eteenpäin kulkeva asia – perinteisesti sähkövirta – taipuu hieman sivulle ulkoisen vaikutuksen, kuten magneettikentän, vaikutuksesta.

"Noin viisi vuotta sitten ryhmämme laajensi Hall-ilmiön käsitettä akustiikkaan, jossa ennustimme tämän tapahtuvan", apulaisprofessori Likun Zhang sanoi. "Mutta tämä jatkotutkimus on ensimmäinen kerta, kun olemme pystyneet kokeellisesti sanomaan: 'Tässä on tuo muutos, ja voimme todistaa, että se on olemassa.'"

Tämän vaikutuksen ymmärtäminen voisi auttaa tutkijoita hallitsemaan paremmin strukturoituja ääniaaltoja, mikä voisi parantaa lääketieteellisiä instrumentteja, viestintää ja muuta ääntä hyödyntävää teknologiaa. Esimerkiksi akustiset pinsetit käyttävät ääniaaltoja jopa nanometrin kokoisten hiukkasten käsittelyyn.

Tapauksissa, joissa näin äärimmäinen tarkkuus on välttämätöntä, Hall-ilmiön äänen vaikutuksen ymmärtäminen voisi auttaa taitavampien laitteiden suunnittelussa.

"Tämä on tärkeää ääniaaltojen fysiikan ymmärtämisessä, mutta myös käytännön sovelluksissa", Zhang sanoi. "Voimme esimerkiksi käyttää tätä sädettä esineiden kiertämiseen kuten äänirautaa."

"Biolääketieteen tekniikassa tämä mahdollistaisi nesteiden sekoittamisen ja mikrohiukkasten siirtämisen soluissa tai kudoksissa, mutta sitä voitaisiin käyttää myös akustisessa viestinnässä, kuten vedenalaisissa ympäristöissä."

Pyörrekeilojen – eteenpäin spiraalimaisen äänen – avulla Zhang ja hänen tiiminsä pystyivät muuttamaan säteen suuntaa hieman johtamalla sen erityisesti suunnitellun pinnan läpi, mikä muutti säteen pyörimismäärää ja osoitti akustisen orbitaalisen Hall-ilmiön ensimmäistä kertaa.

Hall-ilmiö löydettiin 1800-luvun lopulla, ja sitä pidetään yhtenä kiinteän olomuodon fysiikan perustavanlaatuisimmista aiheista ja nyt toteutettiin metamateriaaleja käyttämällä.

"Tämä on erittäin mielenkiintoinen äänen ja materiaalien välinen vuorovaikutus, jota ei ole koskaan ennen havaittu", toteaa akustiikkakeskuksen johtaja Nathan Murray. "Tällaisten hienovaraisten efektien ymmärtäminen voi lopulta avata mahdollisuuksia uusien teknologioiden suunnittelulle, jotka käyttävät ääntä pienten esineiden mittaamiseen tai jopa liikuttamiseen."

Aiheesta aiemmin:

Anomaalinen Hall-ilmiön ei-magneettisessa materiaalissa

Uudenlainen Hall-ilmiö

Huonelämpötilainen Hall-ilmiö ilman magneettikenttää