Neuartig: Akustische Diode

10. Dezember 2013, 14:35 Uhr
Neuartig: Akustische Diode
Neuartig: Akustische Diode

Wissenschaftler des CalTech (California Institute of Technology) ist der Bau einer akustischen Diode gelungen. Dabei handelt es sich um eine Vorrichtung, die es ermöglicht, akustische Information nur in eine Richtung wandern zu lassen und das bei änderbaren Frequenzen. Der dieser Diode zugrunde liegende Mechanismus wurde am 24 Juli 2011 in der Fachzeitschrift „Nature Materials“ beschrieben.
 
Analog zum Prinzip der Diode in der Elektronik, wo Strom nur in einer Richtung fließen kann, können beim akustischen Gegenstück Schallwellen nur in einer Richtung durch diese spezielle Diode wandern. Wie beim Strom ist der Pfad in Gegenrichtung gesperrt.
 
Der dabei verwendete neuartige Mechanismus verspricht eine neue Dimension beim Lärmschutz zu eröffnen. Man stelle sich zwei Räume A und B vor. Bei einer Verbindung über eine akustische Diode könnte eine Person in Raum A beispielsweise hören, was sich in Raum B tut. Eine Person in Raum B ist allerdings vom Schall aus Raum A abgeschirmt.
 
Das System basiert auf einer einfachen Ansammlung elastischer Kugelgebilde — granulare Kristalle, die Schallvibrationen leiten — das in vielen Anwendungen eingesetzt werden kann, und das so konstruiert werden kann, dass es für ein großes Spektrum an Frequenzen funktioniert, was mögliche Anwendungen weit über einfachen Schallschutz hinaus vorstellbar macht.
 
Ähnliche Systeme wurden zwar schon von anderen Forschergruppen vorgestellt, doch alle bisher bekannten Lösungen weisen einen sanften Übergang vom leitenden in den sperrenden Zustand auf. Dieses neue System hingegen hat eine scharf abknickende Kennlinie, wie sie für die effektive Steuerung von Schall erforderlich ist. Um so einen scharfen Übergang zu erreichen, generierten die Forscher ein periodisches System, das den scharfen Übergang mit einem Defekt erreicht. Das System verhält sich somit sehr sensibel bezüglich der Parameter Druck und Bewegung, was auch an die Entwicklung hyperempfindlicher Schallsensoren denken lässt. Das System funktioniert mit verschiedenen Frequenzen und ist außerdem dazu in der Lage, Frequenzverschiebungen vorzunehmen. Man könnte damit sogar Störfrequenzen in Frequenzbereiche transferieren, in denen die Umwandlung in elektrische Energie effektiver wäre.
 
Die Forschergruppe bemüht sich zur Zeit um ein tieferes Verständnis der grundlegenden Eigenschaften so aufgebauter Systeme und überlegt speziell, wie man sie am besten zur Energiegewinnung einsetzen könnte. Auch an biomedizinische Ultraschall-Anwendungen oder an besonders anspruchsvolles Schall-Management und sogar an thermische Anwendungen ist gedacht..
 
Foto: Georgios Theocharis / Caltech

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