研究旋转引起的声音散射以使用新的声子模式创建下一代声学设备

KAUST领导的国际团队建议，旋转物体与声波之间的相互作用可以帮助开发高精度工具，例如通过操纵声波来控制亚毫米物体运动和位置的镊子。

声学超材料可以定制以传输、捕获和放大特定频率的声波，有望在从精密传感到手术工具等领域实现创新技术。广泛的研究已经产生了一系列超材料，例如在水下聚焦60赫兹声波以改善成像的超声波透镜和可以保护物体免受声纳影响的设备。然而，这些都集中在涉及静态物体的波动现象上。因此，运动对声波的影响仍然很少被探索。

“运动提供了静止系统中不存在的更多自由度和功能，”研究科学家MohamedFarhat说。例如，当波源及其观察者的相对运动改变波的感知频率时，就会发生多普勒效应，例如救护车的警报器从旁观者身边驶过。

现在，Farhat、Wu和同事研究了声束与绕其垂直轴旋转的圆柱形物体的相互作用，并评估了这种相互作用产生的散射辐射力矩和力。

研究人员此前发现，仅由圆柱形物体的简单旋转引起的散射会产生意想不到的特性，并使这些物体对声纳探测不可见。Farhat说，这促使他们利用声束与类似旋转物体的不寻常相互作用来产生辐射扭矩和力。

入射光束的性质影响旋转物体引起的散射。由此产生的辐射扭矩和力也显示出独特且可能有用的特征。撞击旋转圆柱体的单个光束会产生负辐射力，这表明涉及单个光束的简单配置足以构建声学镊子。

Farhat说，负力是声学镊子的关键成分，有助于吸引超小物体并实现精确操作。因此，可以考虑使用相关声力在光镊无法触及的不透明和复杂介质中操纵物体，例如软生物组织，他补充说。

“我们现在正在研究通过实验验证我们的发现，”Farhat说。研究人员还在评估旋转流体的其他用途，例如单向波导和光纤的声学等效物，以使声学电信更接近实际应用。