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

06.08.2026Tutkijat löysivät klassisia aika-avaruuskiteitä nestekiteistä
05.08.2026Valon piilo-ominaisuudet pelastavat kvantti-informaation kaaokselta
05.08.2026Opas kvanttitehostettuun tunnistusteknologiaan
04.08.2026Kuinka ohjailla hidasta valoa
04.08.2026Erittäin nopeaa valonmuokkaustekniikkaa
04.08.2026Lomittuneet fotonit keskeisenä resurssina kvanttiteknologioille
03.08.2026Topologisia tiloja hyödyntävä transistori
03.08.2026Uusi laji kvanttieläintarhassa
03.08.2026Kuinka kouluttaa magneetti
31.07.2026Kuinka pieniksi puolijohteet voivat tulla?
31.07.2026Itseään uudistava katalyytti vetyenergian kestävyyshaasteen
30.07.2026Tutkijat laajentavat twistroniikan rajoja
30.07.2026Uusia löydöksiä kvanttikomponenteista
29.07.2026Kuinka ionit virtaavat nesteen tavoin kiinteän kiteen läpi
29.07.2026Kvantti-internet toimii perinteisen dataliikenteen rinnalla
29.07.2026Uudenlainen lomittuminen auttaa kvanttisensoreita vaimentamaan kohinaa
28.07.2026Orbitroniikassa saavutettu virstanpylväs
28.07.2026Antiferromagneettinen optinen kirjoittaminen
27.07.2026Maailman ensimmäinen suprajohtava kvanttilämpömoottori
27.07.2026Uusi kvanttimalli magneettisille atomeille
24.07.2026UV-valon kerääminen auringonvalosta
23.07.2026Kieron valon aistimista ja fotoniikkaa
22.07.2026Lentävä robotti ratsastaa tuulessa kuin lintu
20.07.2026Energiaa ? milloin ja missä tahansa
17.07.2026Janus materiaalin mysteeri ratkaistu
15.07.2026Tehokkaampaa täysdupleksisuutta
15.07.2026Nanoputkikalvot kuljettavat litiumioneja epätavallisen nopeasti
14.07.2026Piilevien virheiden havaitseminen 2D-eristeissä
13.07.2026Vesi, savi ja hiili: Uusi reitti kestävään energian varastointiin
10.07.2026Terahertsistä biofotoniikkaa
09.07.2026Ihmissoluista prosessoreita ja DNA:sta kytkimiä
07.07.2026Uusi kolmiulotteinen magneettinen rakenne löydetty
06.07.2026Uutta puhtia orgaanisille aurinkokennoille
03.07.2026Uusia suprajohtavuustiloja grafeenista ja tekoälyn avulla
03.07.2026Suprajohtavan lämpötilan ennätys tavallisessa paineessa
01.07.2026Atomitasoisen antiferromagneetin valosähköisestä vasteesta
30.06.2026Ratkaisu ultraohuiden kalvojen kontaktiongelmaan
29.06.2026Ultranopea laser sirulla
27.06.2026Veden entropiarakenne määrittää, tarttuvatko ionit
26.06.2026Sähköisesti viritettävät "superlaserit"
26.06.2026Kohti alle 1 nanometrin siruteknologiaa
26.06.2026Piitä lämpösähköiseen hukkaenergian muuntamiseen
26.06.2026Nanometsät dekoodaavat hiljaisen puheen tekstiksi reaaliajassa
25.06.2026Seuraavan sukupolven tekoälylle tehokkaampi toimintatapa
25.06.2026Yksittäisen atomin käyttö kamerana
24.06.2026Uusi polyeetterielektrolyytti kiinteän olomuodon akuille
24.06.2026Kiraalisuuden tutkiminen terahertsivalolla
23.06.2026Ballistinen kuljetus osoitettu ohuissa kuparikalvoissa
23.06.2026Silkistä vahvoja muovin kaltaisia materiaaleja, joilla on 6G-potentiaali
22.06.2026Schrödingerin kissalle perheenlisäystä
22.06.2026Spintronisen probabilistisen laskennan skaalautuvuus
19.06.2026Hyppyhämähäkeistä inspiraatiota 3D-kameraan
19.06.2026Kohti akkuvapaata keinotekoista fotosynteesiä
18.06.2026Olisiko perovskiitista kvanttimateriaaliksi?
18.06.2026Materiaali kuin peili tai lasi
18.06.2026Kahden konstin metallinen keinoiho
17.06.2026Timanttia GaN-transistoreiden alustaan
17.06.2026Kryogeenista elektroniikkaa kvanttilaskentaan ja avaruuteen
17.06.2026Hikinen anturi
16.06.2026Jättimäisiä valon muunnosvaikutuksia hiilinanoputkilla
16.06.2026Nanometriset nanoputket tulevaisuuden elektroniikkaa varten
16.06.2026Suunnittelijan suprajohtava timantti
15.06.2026Kvanttimateriaalista löytyy uusia elektronisia ominaisuuksia
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

Näytä lisää »