Управление структурой поверхности материала на атомном уровне позволяет менять направление и форму отраженных оптических и акустических волн.

Природа и поведение волн — один из самых сложных разделов практической физики. Будь то колебания давления внутри материала, как в случае звуковых волн, или электромагнитные феномены, такие как свет и его спектр. Изучение этих явлений остается важной проблемой для материаловедов. Среди их достижений — создание метаматериалов, которые делают объект невидимым или создают звуковую иллюзию.

Уникальные характеристики метаматериалов зависят от их поверхности, которая обычно состоит из повторяющихся структур меньше длины волны, с которой они взаимодействуют. Инженеры Университета Аальто в Хельсинки разработали такие поверхности, которые отражают волны в любом направлении или даже расщепляют их, так что они отражаются в разные стороны одновременно. Кроме того, эти поверхности могут менять форму волны, пишет Engineer.

Ради разработки такой метаструктуры ученые обратились к математическим методам моделирования. И они не только сумели создать эффективные метаповерхности, но и применить новую структуру для решения различных задач.

Финские инженеры применили метод конечных элементов — моделирование поведения сложных систем путем разбиения их на множество элементов. Этот подход часто используют для управления свойствами материалов. Затем они воплотили вычисления в жизнь при помощи 3D-принтера, печатающего АБС-пластиком с плотностью 1180 кг/м3. Получившееся устройство проверили акустическими волнами и проанализировали их отражение.

Одна из основных задач, которую решали ученые, — устранение паразитных отражений. Это феномен, который сокращает эффективность поверхности в перенаправлении энергии волн. В этом они также добились успеха, и теперь готовы приступить к разработке аналогичного устройства, взаимодействующего с электромагнитными полями.