Un equipo de investigación conjunto de Postech (Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang) y la Universidad Nacional de Jeonbuk han demostrado con éxito el confinamiento completo de las ondas mecánicas dentro de un solo resonador, algo que se cree que es teóricamente imposible. Sus hallazgos, publicados el 3 de abril en Cartas de revisión físicaMarque un gran avance en el misterio centenario de los estados encuadernados en el continuo (BIC).
Muchas tecnologías a nuestro alrededor, desde teléfonos inteligentes y dispositivos de ultrasonido hasta radios, dependen de la resonancia, un fenómeno en el que las ondas se amplifican a frecuencias específicas. Sin embargo, los resonadores típicos pierden gradualmente la energía con el tiempo, lo que requiere una entrada de energía constante para mantener su función.
Hace casi un siglo, los Premios Nobel John Von Neumann y Eugene Wigner propusieron un concepto contradictorio: bajo ciertas condiciones, las olas podrían atraparse indefinidamente sin ninguna fuga de energía. Estos llamados estados encuadernados en el continuo (BIC) son como remolinos que permanecen en su lugar incluso cuando un río fluye a su alrededor. Pero durante décadas, los científicos creían que este fenómeno no podía existir en un sistema compacto de una sola partícula.
Ahora, el equipo de investigación ha roto este límite teórico de larga data al realizar con éxito BIC en una sola partícula.
Utilizando un sistema de partículas granulares cilíndricas, pequeñas varillas sólidas hechas de cuarzo, los investigadores construyeron una plataforma mecánica altamente sintonizable. Al ajustar con precisión cómo los cilindros se tocan entre sí, podrían controlar la forma en que las ondas mecánicas interactúan en los límites de contacto.
Bajo una alineación especial, un modo de onda se limitó completamente dentro de un solo cilindro sin ninguna energía que se escape a la estructura circundante. Este llamado BIC protegido por polarización no era solo teórico, sino que se observó en experimentos reales. Aún más notablemente, el sistema logró factores de calidad (factores Q) de más de 1,000, una medida de cuán eficientemente un resonador almacena energía con una pérdida mínima.
¿Qué sucede cuando muchos de estos cilindros especiales están conectados en una cadena? El equipo descubrió que los modos de onda atrapados podrían extenderse en toda la cadena sin dispersarse, un fenómeno conocido como banda plana.
«Es como arrojar una piedra a un estanque fijo y ver que las ondas permanecen inmóviles, vibrando solo en su lugar», dijo el autor principal, el Dr. Yeongtae Jang. «Aunque el sistema permite el movimiento de la ola, la energía no se extiende, permanece perfectamente confinada». Este comportamiento se describe como una banda unida en el continuo (BBIC) y abre nuevas posibilidades para la recolección de energía, los sensores ultra sensibles e incluso las comunicaciones avanzadas.
«Hemos roto un límite teórico de larga data», dijo el profesor Junsuk Rho, quien dirige la investigación. «Si bien esto todavía está en la fase de investigación fundamental, las implicaciones son significativas, desde dispositivos de energía de baja pérdida hasta tecnologías de detección y señal de próxima generación».
Esta investigación fue apoyada por el Programa de Investigación de Carrera de la Carrera de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF), financiada por el Ministerio de Ciencia y TIC, así como el Centro de Investigación de Convergencia Posco-Postech-Rist.
