Два испанских физика, Даниэль Торрент и Хосе Санчес-Деэса из Политехнического университета Валенсии, сообщили о создании «акустического варианта графена» простым перфорированием отверстий в форме сот в листе пластика. При этом учёным удалось обнаружить в распространении звуковых волн по поверхности пластика конусы Дирака — характерную черту электронной зонной структуры графена. Это значит, что получен материал с отличной (возможно, лучшей из известных) способностью к распространению без потерь звуковых волн определённой частоты.

Конусы Дирака — это как раз те структуры, которые позволяют графену иметь самую высокую подвижность носителей заряда (электронов) среди всех существующих на сегодня материалов. Именно это делает его перспективным (навечно перспективным?) для использования в самых разных приложениях, к примеру, в наноэлектронике.

Рис. 1. Экспериментальная установка отличается минималистской простотой: оргстекло с отверстиями, источник звука и пара микрофонов. При этом на ней удалось получить совершенно неожиданные результаты. (Иллюстрация APS).

Торрент и Санчес-Деэса решили выяснить, может ли существовать звуковой аналог конусов Дирака. Для этого они смоделировали распространение звуковых волн по поверхности плексигласа, он же полиметилметакрилат (ПММА). Особенно их интересовали дисперсионные соотношения звуковых волн, соотношения их энергии и импульса.

Моделирование выявило наличие как точки Дирака, так и конусов Дирака для плоских плексигласовых поверхностей. Модель предсказывает существование звуковой волны, специфической дираковской частоты и дираковской скорости, которая будет распространяться через такой материал с лёгкостью и без малейшего рассеивания.

Чтобы поверить теорию, физики взяли лист оргстекла в 300×100 мм и просверлили в нём 1 113 отверстий диаметром 3 мм и глубиной 2,88 мм; расстояние между отверстиями составило 3,33 мм (все размеры соответствуют разработанной испанцами модели). По сути, получилась сетка, напоминающая популярные визуализации строения графена. Затем лист перфорированного оргстекла соединили с репродуктором и двумя микрофонами, чтобы замерить распространение звука частой 22 кГц и частой повторения 5 кГц, что соответствует дираковской частоте плексигласа.

На 22 кГц микрофоны обнаружили «провал», соответствующий вершине конуса Дирака, в точном соответствии с предсказаниями теоретической модели.

Пока рано говорить о практическом применении этого эффекта, но, несомненно, сей «структурированный» плексиглас пригодится при создании акустических линз без внутренних потерь звука.

Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.