科学家设计“声学二极管” –该设备将允许声波仅在一个方向上传播

时间：2021-10-16 17:52:02 来源：

在科学进展上发表的研究中，由理化学研究所的紧急事件中心（CEMS）的科学家领导的一个小组采用了磁旋转耦合原理，以抑制声波在胶片表面上的传播。方向，同时让他们在另一个方向行驶。这可能会导致“声波整流器”的发展，这种设备允许波优先沿一个方向传播，并在通信技术中具有潜在的应用。

被称为“整流器”的设备对我们的技术文明极为重要。最著名的是电子二极管，用于将交流电转换为直流电，从而使电气化成为可能。

磁旋转耦合器的示意图。

在当前的研究中，该小组检查了磁性膜中声表面波的运动，即声音的运动，如地震在地球表面的传播。众所周知，表面声波和“自旋波”之间存在相互作用，即材料内部的磁场干扰会在材料中移动。

声表面波可以两种不同方式激发自旋波。一种是磁弹性耦合，已有很好的文献记载。但是，本研究的作者之一前川贞一（Sadamichi Maekawa）于40年前提出了第二种磁旋转耦合的方法，但直到现在仍未进行实验验证。

在当前的研究中，作者发现这两种机制是同时发生的，但强度不同。他们发现，当磁性样品的磁化强度沿表面声波的相同方向旋转时，声表面波的能量会更有效地传递到自旋波，从而增加磁化强度的旋转。实际上，研究人员能够识别出单向耦合的配置，其中仅一个方向上的表面声波能量可以转移到磁化强度的旋转中。他们还注意到，当磁性材料包含磁各向异性时，这种“整流”效应会更加明显，这意味着即使在施加外部磁场之前，内部磁化的方向仍然是优选的。

Ta / CoFeB / MgO中声波的不可逆传播。

该论文的第一作者RIKEN CEMS的Mingran Xu表示：“令人兴奋的是，表明磁旋转耦合现象确实发生了，并且可以用来完全抑制声能的运动。方向。”

也是RIKEN CEMS的Jorge Puebla说：“我们希望我们可以利用这项工作来创建一个等效于非常重要的电子二极管的”声学二极管。我们可以相对容易地制造出这样一种设备，在该设备中，声能可以在一个方向上有效地传递，而在另一个方向上被阻挡。这是在微波频率下发生的，而微波频率正是5G通信技术的关注范围，因此表面声波可能是该技术的一个有趣候选。

参考：徐明然，山本圭，Jorge Puebla，Korbinian Baumgaertl，Bivas Rana，三浦克也，三浦弘弘，Dirk Grundler，前川贞一和大谷幸吉，“通过磁旋转耦合的不可逆表面声波传播”，科学进展，2020年。 DOI：
10.1126 / sciadv.abb1724

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