최신기술 동향

홈페이지 정보마당 최신기술 동향
동적 경계조건을 이용한 웨이브가이드 내 음향 비상반성 메타물질 글보기
동적 경계조건을 이용한 웨이브가이드 내 음향 비상반성 메타물질
대표 URL https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.253901
작성자 관리자 게시일 2021.04.09 조회수 42

동적 경계조건을 이용한 웨이브가이드 내 음향 비상반성 메타물질

 

최근 단위구조를 반복시켜 파의 투과를 없애는 밴드갭 현상을 이용한 포노닉 메타물질에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 메타구조는 어떻게 설계하느냐에 따라 차단하고 싶은 주파수 대역과 전달시키고 싶은 주파수 대역을 컨트롤하여 에너지 저장, 진동 소음 차단 등 많은 응용분야를 갖는다. 미국 미주라 대학의 Guoliang Huang 교수 연구팀은 비상반성을 갖는 음향 포노닉 메타물질을 제한했다. 비상반성이란 일반적으로 대칭성을 갖는 구조내에서 입사하는 방향을 반대로 바꾸더라도 상반성에 의해 같은 파가 투과되는데 이러한 법칙을 벗어나 입사방향을 바꿀 경우 파가 전달되지 않는 현상이다. 제안된 메타구조는 물레방아 형상으로 아이디어를 얻어 위 아래에 구멍 난 튜브를 나선형 튜브로 감싼 구조를 갖는다. 또한 나선형 튜브를 일정 속도로 회전시켜 일정 주기를 갖고 형상이 변화한다. 연구팀은 이러한 나선형 튜브의 회전방향에 따라 특정 주파수 대역에서 정방향 회전 시 음파가 전달되고 반대 방향 회전 시 음파가 전달되지 않는 것을 확인하였다. 즉 나선형 튜브가 일정 속도로 회전하고 있을 때 입사 방향을 바꿀 경우 음파가 전달되지 않는 비상반성을 확인하였다. 이러한 현상을 수치해석을 통해 확인하고 설계 후 유사한 실험 결과를 제시하고 있다. 또한 연구팀은 반대단을 고정시키고 음파를 입사시킬 경우 특정 주파수 대역에서 고정단에 음파가 고립되는 현상 역시 확인하였다. 제안된 연구는 에너지 저장, 진동 소음 차단 등의 응용분야에서 주파수를 컨트롤하여 효과적인 파동에너지 제어를 가능하게 할 것으로 기대된다.

 

출처: Xu, X., Wu, Q., Chen, H., Nassar, H., Chen, Y., Norris, A., ... & Huang, G. (2020). Physical Observation of a Robust Acoustic Pumping in Waveguides with Dynamic Boundary. Physical Review Letters125(25), 253901.

[담당자: 이재화(jaehwalee@kimm.re.kr, 7462)]

위로 가기