Em um avanço para a física e a engenharia, pesquisadores da Iniciativa Fota´nica no Centro de Pesquisa em Ciência Avana§ada do Graduate Center, CUNY (CUNY ASRC) e da Georgia Tech apresentaram a primeira demonstração de ordem topola³gica com base em modulações de tempo. Esse avanço permite que os pesquisadores propaguem ondas sonoras ao longo dos limites dos metamateriais topola³gicos, sem o risco de as ondas viajarem para trás ou serem impedidas por defeitos materiais.

As novas descobertas, que aparecem na revista Science Advances , abrira£o caminho para dispositivos mais baratos e leves, que usam menos energia da bateria e que podem funcionar em ambientes agressivos ou perigosos. Andrea Ala¹, diretora fundadora da CUNY ASRC Photonics Initiative e professora de física no The Graduate Center, CUNY, e associada de pesquisa de pa³s-doutorado Xiang Ni foram autores do artigo, juntamente com Amir Ardabi e Michael Leamy da Georgia Tech.

O campo de topologia examina propriedades de um objeto que não são afetadas por deformações conta­nuas. Em um isolador topola³gico, correntes elanãtricas podem fluir ao longo dos limites do objeto, e esse fluxo éresistente a ser interrompido pelas imperfeições do objeto. Os recentes progressos no campo dos metamateriais estenderam esses recursos para controlar a propagação do som e da luz seguindo princa­pios semelhantes.

Em particular, trabalhos anteriores dos laboratórios do professor de física Alexander Alika e City College de Nova York, Alexander Khanikaev, usaram assimetrias geomanãtricas para criar ordem topola³gica em metamateriais acaºsticos impressos em 3D. Nesses objetos, as ondas sonoras mostraram-se confinadas a viajar ao longo das bordas do objeto e em torno de cantos afiados, mas com uma desvantagem significativa: essas ondas não foram totalmente restringidas - elas podiam viajar para frente ou para trás com as mesmas propriedades. Esse efeito limitou inerentemente a robustez geral dessa abordagem a  ordem topola³gica do som. Certos tipos de desordem ou imperfeições realmente refletem ao contra¡rio o som que se propaga ao longo dos limites do objeto.

Esse experimento mais recente supera esse desafio, mostrando que a quebra de simetria de inversão de tempo, em vez de assimetrias geomanãtricas, também pode ser usada para induzir ordem topola³gica. Usando esse manãtodo, a propagação do som se torna verdadeiramente unidirecional e fortemente robusta a desordens e imperfeições

"O resultado éum avanço para a física topola³gica, pois conseguimos mostrar a ordem topola³gica emergente das variações de tempo, que édiferente e mais vantajosa do que o grande corpo de trabalho em acústica topola³gica com base em assimetrias geomanãtricas", disse Ala¹. "As abordagens anteriores exigiam inerentemente a presença de um canal reverso atravanãs do qual o som pudesse ser refletido, o que limitava inerentemente sua proteção topola³gica. Com as modulações de tempo, podemos suprimir a propagação reversa e fornecer forte proteção topola³gica".

Os pesquisadores projetaram um dispositivo composto por uma sanãrie de ressonadores piezoelanãtricos circulares dispostos em hexa¡gonos repetidos, como uma trelia§a de favo de mel, e ligados a um disco fino de a¡cido polila¡tico. Eles então conectaram isso a circuitos externos, que fornecem um sinal modulado no tempo que quebra a simetria de reversão do tempo .

Como um ba´nus, seu design permite a programação. Isso significa que eles podem guiar as ondas por uma variedade de caminhos reconfigura¡veis ​​diferentes, com perda ma­nima. Sistemas de imagem por ultrassom, sonar e sistemas eletra´nicos que usam a tecnologia de ondas acaºsticas desuperfÍcie podem se beneficiar desse avanço, disse Ala¹.