Premier Superlens Acoustique

Au cours des dernières années, les chercheurs ont développé plusieurs matériaux qui courbent la lumière d'une manière qui semble violer les lois de la physique, créant des superlentilles, pour l'imagerie optique à ultra-haute résolution, ainsi que des capes d'invisibilité. Aujourd'hui, des chercheurs ont démontré que le même type d'images et de dispositifs d'occultation pouvaient être créés avec du son au lieu de la lumière. En utilisant le premier métamatériau acoustique jamais produit, les chercheurs ont pu focaliser les ondes ultrasonores. Cela représente une étape importante vers la création d'images ultrasonores à haute résolution et de dispositifs d'occultation capables de cacher les navires au sonar.

Au point : Lorsqu'ils sont remplis d'eau, les trous de cette plaque d'aluminium agissent comme des cavités résonantes qui peuvent focaliser les ondes ultrasonores.

Les lentilles acoustiques peuvent être conçues pour focaliser le son de la même manière que la lentille d'un microscope focalise la lumière. Mais la capacité des physiciens à travailler avec les deux types d'ondes est limitée par des effets de diffusion appelés diffraction. En utilisant des lentilles conventionnelles, il n'est pas possible de focaliser les ondes lumineuses ou les ondes sonores sur une taille de spot inférieure à la moitié de la longueur d'onde de la lumière. Pour contourner ces limitations, une lentille doit réfracter, ou littéralement plier la lumière vers l'arrière. Aucun matériau naturel n'a un indice de réfraction négatif, mais certains matériaux soigneusement conçus en laboratoire, appelés métamatériaux, le font. Les mêmes outils utilisés pour fabriquer des matériaux capables de focaliser les ondes lumineuses ou sonores au-delà de la limite de diffraction, permettant une imagerie haute résolution, peuvent également être utilisés pour fabriquer des matériaux qui accomplissent le contraire, masquant un objet en dirigeant la lumière ou le son autour de lui.

Les théoriciens travaillent depuis plusieurs années sur des matériaux qui courbent les ondes sonores vers l'arrière. Un tel métamatériau a maintenant été construit par Nicolas Croc , professeur adjoint de sciences mécaniques et d'ingénierie à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign. Le dispositif de focalisation du son de son groupe est un réseau en aluminium de cavités résonantes à col étroit dont les dimensions sont réglées pour interagir avec les ondes ultrasonores. Les cavités sont remplies d'eau. Fang les compare à un éventail d'instruments à vent, tels que les tuyaux d'un orgue. Lorsque les ondes ultrasonores se déplacent à travers le réseau, les cavités résonnent de sorte que le son est focalisé. Les cavités travaillent ensemble pour réfracter le son, explique Fang.

C'est un grand pas en avant pour les métamatériaux acoustiques, selon Steven Cummer , professeur agrégé de génie électrique et informatique à l'Université Duke. Cummer a participé au développement du premier dispositif de dissimulation optique. C'est une bonne confirmation expérimentale que les idées de l'électromagnétisme peuvent être étendues à l'acoustique, dit-il. Trouver un bon moyen de le faire expérimentalement n'a pas été facile.

L'échographe, décrit dans la revue Lettres d'examen physique , n'a pas encore dépassé la limite de diffraction. Mais les chercheurs s'attendent à ce que Fang le batte bientôt. Je suis sûr que nous n'aurons pas longtemps à attendre, dit John Pendry , professeur de physique théorique des solides à l'Imperial College de Londres, qui a conçu les matériaux utilisés par les chercheurs de Duke pour fabriquer la première cape d'invisibilité.

Il existe de nombreuses applications importantes en attente d'un dispositif de focalisation acoustique sous-longueur d'onde réussi, explique Pendry. Selon Fang, la première application des métamatériaux acoustiques sera probablement l'imagerie ultrasonore clinique à haute résolution. Sans pomper plus d'énergie dans les tissus, vous pouvez fournir une image plus nette. Cependant, il note que les applications sont loin. Nous avons terminé la mise au point, mais pas encore l'imagerie, dit Fang.

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