Связанные состояния с полосами в континууме в цилиндрических зернистых кристаллах
Почти столетие назад лауреаты Нобелевской премии Джон фон Нейман и Юджин Вигнер предложили контринтуитивную концепцию: при определенных условиях волны могут быть захвачены на неопределенный срок без какой-либо утечки энергии. Эти так называемые связанные состояния в континууме (BIC) подобны водоворотам, которые остаются на месте, даже когда река течет вокруг них. Но в течение десятилетий ученые считали, что это явление не может существовать в компактной одночастичной системе. Совместная исследовательская группа успешно продемонстрировала полное удержание механических волн в одном резонаторе. Их результаты, опубликованные 3 апреля в Physical Review Letters.
Рис.
(a) Схема экспериментальной установки с цилиндрическими гранулированными частицами — небольшими твердыми стержнями из кварца.
(b) Поле смещения внутри одной частицы как функция положения контакта (μ). (Пунктирная рамка выделяет схему смещения, связанную с поляризационно-защищенным BIC.)
Кредит: POSTECH.
Используя систему цилиндрических гранулированных частиц — небольших твердых стержней из кварца — учёные построили высоконастраиваемую механическую платформу. Точно регулируя, как цилиндры соприкасаются друг с другом, они могли контролировать взаимодействие механических волн на границах контакта.
При специальном выравнивании волновая мода полностью ограничивалась одним цилиндром без утечки энергии в окружающую структуру. Этот так называемый поляризационно-защищенный BIC был не просто теоретическим — он наблюдался в реальных экспериментах. Примечательно, что система достигла добротности (Q-факторов) более 1000 меры того, насколько эффективно резонатор сохраняет энергию с минимальными потерями. Было обнаружено, что захваченные волновые моды могут распространяться по всей цепочке, не рассеиваясь — явление, известное как плоская зона.
Это как бросить камень в спокойный пруд и увидеть, как рябь остается неподвижной, вибрируя только на месте. Хотя система допускает волновое движение, энергия не распространяется — она остается идеально ограниченной. Такое поведение описывается как связанная полоса в континууме (BBIC) и открывает новые возможности для сбора энергии, создания сверхчувствительных датчиков и современных средств связи.
