Fononinen metamateriaali ohjaa mekaanisia aaltoja

02.06.2026

ETH-Zurich-Uusi-metamateriaali-ohjaa-varahtelyja-500-t.jpgETH Zürichin tutkijat ovat rakentaneet ohuen piikalvon siten, että se voi ohjata mekaanisia aaltoja tiettyjä reittejä pitkin.

Dennis Kochmann, ETH Zürichin mekaniikan ja materiaalitutkimuksen professori ja hänen yhteistyökumppaninsa esittelivät hiljattain kahdessa tieteellisessä julkaisussa uudenlaisen fononisen metamateriaalin, joka kykenee tarkasti hallitsemaan mekaanisia aaltoja, kuten värähtelyjä tai akustisia signaaleja.

Tällaista metamateriaalia voitaisiin esimerkiksi käyttää energian keräämiseen värähtelyistä tai signaalien käsittelyyn puhtaasti mekaanisesti, mikä on kiinnostavaa sähköä käyttäville antureille ja mekaanisille tietokoneille.

Jos metallilevyä lyödään värähtelemään sen värähtelyt leviävät yleensä ympyränmuotoisesti, samalla tavalla kuin veden pinta-aallot. Jos levyllä on kuitenkin huolellisesti suunniteltu rakenne, se voi ohjata aaltoja tiettyjä reittejä pitkin – ja juuri tätä ilmiötä ETH:n tutkijat ovat hyödyntäneet.

Metallilevyn sijaan he käyttivät erittäin ohutta piikalvoa, johon tutkijat syövyttivät erilaisia kuvioita fotolitografian ja syövytystekniikoiden avulla. Näin tuotettu kuvionti koostuu miljoonista toistuvista neliöelementeistä. Toisin kuin monissa muissa metamateriaaleissa, nämä yksikkörakenteet eivät ole identtisiä koko kuvion alueella, vaan ne muuttuvat vähitellen tähden haarojen pituuksien vaihdellessa.

”Metamateriaalimme suunnittelu on modulaarinen, aivan kuten palapeli”, Kochmann selittää. Palapelin palaset suorittavat tiettyjä toimintoja, kuten säteiden ohjaamista suorassa kulmassa tai aaltojen jakamista eri suuntiin niiden taajuuden perusteella. Kun tutkijat kokoavat taitavasti sopivat palapelin palat, he voivat luoda monimutkaisia aaltoreittejä, kuten kahdeksikkoa muistuttavan radan.

Testeissä ilmeni, että rakenteet eivät toimi vain yhdellä värähtelytaajuudella: vaikka tutkijat suunnittelivat järjestelmän 750 kilohertsin taajuudelle, se toimii tehokkaasti noin 250–800 kilohertsin taajuuksilla. ”Emme olleet suunnitelleet näin laajaa taajuusaluetta, joten se tuli yllätyksenä”, kommentoi Vignesh Kannan.

Koska pii, perusmateriaali, vaimennusominaisuudet ovat luonnostaan alhaiset, aallot voivat edetä pitkään. Tämä on merkittävä etu polymeeripohjaisiin 3D-tulostettuihin rakenteisiin verrattuna, joiden vaimennus vaimentaa nopeasti kaikki värähtelyt, selittää Kannan.

Seuraavissa vaiheissa hän ja hänen yhteistyökumppaninsa toivovat voivansa viedä miniatyrisointia entisestään – aivan toteutettavissa olevien rajojen yli, jossa mikro- tai jopa nanorakenteen valmistusvirheillä alkaa olla merkittävä vaikutus.

”Haluamme myös ymmärtää paremmin näiden ilmiöiden taustalla olevaa fysiikkaa. Ei ole vielä täysin selvää, miksi tämä rakenne toimii niin luotettavasti niin laajalla taajuusalueella”, Kochmann toteaa.

Aiheesta aiemmin:

Pieniä ja tehokkaita metalinssejä puhelimiin ja droneihin

Metapinta-antenni 6G:lle ja meta-atomeja

Metamateriaali yhdistää katkenneet hermot

16.06.2026Suunnittelijan suprajohtava timantti
15.06.2026Huomisen eristeen outo kvanttiominaisuus
15.06.2026Yhtenäiset monimetalliset nanopartikkelit
13.06.2026Rosettan kivi mysteerisille kosmisille signaaleille
12.06.2026Puolijohteet siirtyvät moniajon aikakauteen
12.06.2026Nanomaailmalla näyttää olevan uusi pallo potkittavanaan
12.06.2026Yhden aktiivisen kerroksen monitoimitransistori
12.06.2026Kohti sähköä tuottavia näyttöjä
11.06.2026Uusi katalysaattorisuunnitelma akuille ja vetypolttokennoille
11.06.2026Uusi magnesiumseosrakenne kiinteän olomuodon akuille
11.06.2026Singlettieksitonifissio tehostamaan aurinkokennojen latausta
10.06.2026Piitä pinoten Mooren lakia laajentamaan
10.06.2026Laserläpimurto kirjoittaa fotoniikan valmistuksen säännöt uudelleen
10.06.2026Venyviä transistoreita
09.06.2026Uutta kvanttitoiminnallisuutta kvanttimateriaaleihin
09.06.2026Tutkijat tunnistavat spin-kubittisten kvanttiprosessorien kohinan alkuperän
09.06.2026Älykkäämpi tapa mitata kvanttijärjestelmiä
09.06.2026Kaiutinrakenne keskittää äänen yksityiseen äänipisteeseen
08.06.2026Sirumittakaavan akustinen atomi
08.06.2026Timanttikalvojen pietsosähköinen vaikutus
06.06.2026Kvanttilomittuminen ja kemia?
06.06.2026Valosähköinen muunnosliitos kaksiulotteiseen puolijohteeseen
05.06.2026Kvanttiakustiikalla tavoitteena kuunnella molekyylejä
05.06.2026Hukkaan heitetty infrapunavalo käyttöön
04.06.2026Uusi prosessi transistoreiden valmistukseksi perovskiitista
03.06.2026Mutkitteleva aaltojohde spinsignaaleille
03.06.2026Lämpö virtaa kuin hunaja
02.06.2026Otetaan enemmän irti lämmönsiirrosta
02.06.2026Fononinen metamateriaali ohjaa mekaanisia aaltoja
02.06.2026Energinen jättiharppaus hiukkaselle
02.06.2026Kirkkaammat punaiset mikroledit ja täysvärisen näytön vakaushaaste
02.06.2026Kvanttimetallurgia: Elektronikiteet muuttuvat ja sulavat
01.06.2026Kohti tietojenkäsittelyä mullistavia materiaaleja
01.06.2026Makeutusaineesta suorituskykyinen energiamateriaali
30.05.2026Tutkapohjaista hyönteislaskentaa
29.05.2026Nikkelaattisuprajohteet peruskysymysten äärellä
29.05.2026Tutkijat mittaavat energiaa alle zeptojoulen tasolla
29.05.2026Twistroniikalla altermagnetismia tuottaen
28.05.2026Kumota kvanttiylivoimaa
28.05.2026Täydellinen satunnaisuus toteutui ensimmäistä kertaa
28.05.2026Tekoäly vauhdittaa materiaalitutkimusta
28.05.2026Vahva grafeenikomposiitti vahva lämmönjohtavuus
27.05.2026Sirupiiri laaksotroniikalle
27.05.2026Havainnoida eksoottisia varausneutraaleita kvasihiukkasia
27.05.2026Räätälöidyt rajapinnat avaavat uusia mahdollisuuksia nanoelektroniikalle
26.05.2026Nollan ja ykkösen tuolla puolen
26.05.2026Lämmön avulla tehokkaampia muisteja
26.05.2026Murtaa muistimuuri laajamittaisessa tekoälykoulutuksessa
26.05.2026Fotoniikan kehitys voisi mahdollistaa kompaktit ja tehokkaat lidar-anturit
25.05.2026Täysorgaanisia akkuja kestävän energian tulevaisuutta varten
25.05.2026Lukea optisen kuituanturin venymää sähköisesti
23.05.2026Lähes näkymättömiä aurinkokennoja
22.05.2026Fotoninen langaton siirto soliton-mikrokammoilla
22.05.2026Erittäin vähäkohinaisten mikro- ja millimetriaaltosignaalin generointia
22.05.2026Laajasti käytetyn materiaaliluokan takana piilotettu rakenne
21.05.2026Järjestellä atomeja materiaalien sisällä
21.05.2026Atomit värähtelevät odottamattomalla käänteellä
21.05.2026Vauhdittaa äänipohjaisten lasereiden kehitystä
20.05.2026Hyvät vibat kvanttiviestinnälle
20.05.2026Kvantti-internet saattaa olla lähempänä kuin luulemme
20.05.2026Tutkijat löysivät koherentteja ferroneja
20.05.2026Hiljaisempi ympäristö kubitille
19.05.2026Kiinteän elektrolyytin vaihtelevat hiukkaskoot parantavat ionijohtavuutta
19.05.2026Tehokkaita elektronisia piirejä leivinpaperille
18.05.2026Uusi tie energiatehokkaiden tietokonesirujen rakentamiseen
18.05.2026Lasermittaus elävien solujen voimista ja kuvia aivoista
16.05.2026Veden rajapinnassa on kierre
15.05.2026Mustaa fosforia tulevaisuuden alkalimetalli-ioniakkuihin
15.05.2026Nano-tinavälikerros kiinteän olomuodon akuille
15.05.2026Akkututkimuksia atomitasolla
15.05.2026Kuinka kvanttitilat voivat suojautua
14.05.2026Uraauurtava tutkimus valon hallinnasta
14.05.2026Tutkijat ohjelmoivat materiaaleja vain pyörittämällä niitä
13.05.2026Tutkimus avaa ferrosähköisen muistin alumiininitridissä
13.05.2026Printatut hyppykivet rikkovat 2D-kontaktien rajoitukset
13.05.2026Kuinka parantaa kiraalisten puolijohteiden kykyä absorboida
12.05.2026Liikkuvia kubitteja yhdistellen
12.05.2026Tiimi ohjaa elektronin spiniä ballistisesti grafeenissa
12.05.2026Nanografeenit mahdollistavat monen spinin lomittumisen
12.05.2026Kestävä ei-vastavuoroinen kvanttisynkronointi
11.05.2026Magnonin käyttöikä sata kertaa pidemmäksi
11.05.2026Välitön taajuuden hyppy magneettisen värähtelyn avulla
09.05.2026Molekyylikytkennät akun ja vedyn reaktioiden takana
08.05.2026Aineen uudet muodot, jollaisia ei pitäisi olla olemassa
08.05.2026Vakaus nanomagnetismissa tuo nopeampaa datantallennusta
08.05.2026Unelmia mahdollisista kvanttitekstuurin kuvioista
07.05.2026Elektronisia muisteja, jotka varastoivat myös energiaa
07.05.2026Holografiatekniikka, jossa valosta tulee avain
07.05.2026Magneetti lähes ilman magneettikenttää
06.05.2026Kiraalisen suprajohtavuuden sormenjälki
06.05.2026Magneettikentät voivat "elvyttää" nikkelaattien suprajohtavuutta
06.05.2026Suprajohtavuus, jota ei pitäisi olla olemassa?
06.05.2026Älyanturi dekoodaa väsymyksen ja stressin kehon signaaleista
05.05.2026Makroskooppinen magneetti presessoi
05.05.2026DNA-molekyylitietokone yhdistää muistin ja laskennan
04.05.2026Aurinkokenno joka toimii kuutamolla ledin tavoin
04.05.2026Mekaaninen sininen ledi
04.05.2026Uusi kriittisen pisteen löytö vedestä
04.05.2026Moiré-kuvioita ferrosähköisyyden parissa
01.05.2026Nätisti taittuva näyttöteknologia

Näytä lisää »