Ein Forscherteam der University of Exeter und der Piazza Leonardo da Vinci hat theoretisch gezeigt, dass korkenzieherelastische Wellen einen wohldefinierten Bahndrehimpuls tragen. In ihrem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Briefe zur körperlichen Überprüfungbeschreibt die Gruppe Experimente, die sie mit Aluminiumrohren durchgeführt hat, und Simulationen, die sie erstellt haben und die die Möglichkeit zeigten, Vibrationswellen, die sich entlang der Wände eines Rohrs bewegen, in neuartigen Anwendungen zu nutzen.
Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Wellenfront eines verdrehten Lichtstrahls dazu gebracht werden kann, sich wie ein Korkenzieher zu bewegen, weil sie einen Orbitaldrehimpuls (OAM) hat. In diesem neuen Versuch fragten sich die Forscher, ob dasselbe für akustische Wellen gelten könnte. Frühere Untersuchungen haben auch gezeigt, dass spiralförmige elastische Wellen erzeugt werden können, indem elastische Wellen durch die Wände eines Rohrs gedrückt werden. Die Forscher versuchten herauszufinden, ob solche Wellen OAM übertragen können. Sie begannen mit dem Bau eines speziellen Rohrs (wobei sie ein kurzes Segment des Rohrs durch eines ersetzten, das einen gemusterten Ring aus einem anderen Material enthielt), das zeigte, dass elastische Wellen, die sich entlang seiner Länge ausbreiten, in Biegewellen umgewandelt werden können, die sich um den Umfang des Rohrs kräuseln aufgrund spiralförmiger Wellenfronten. Ermutigt durch ihre Ergebnisse begannen sie als nächstes mit der theoretischen Analyse des Systems und nutzten diese Arbeit zur Erstellung von Simulationen, die zeigten, dass die Wellen tatsächlich OAM trugen.
Die Forscher führten die Idee dann weiter, indem sie sich die Wellen mit OAM vorstellten, während sie sich in eine Flüssigkeit am anderen Ende ihres Rohrs bewegten. Bei der Analyse der Auswirkungen, die solche Wellen auf das Wasser haben würden, fanden sie Hinweise darauf, dass sie Druckwellen hervorriefen, die auch spiralförmige Wellenfronten hatten. Sie weisen darauf hin, dass diese Eigenschaft zur Überwachung des Verhaltens von Flüssigkeiten in bestimmten Anwendungen oder zur Prüfung auf Risse in Rohren genutzt werden könnte. Die Forscher stellen auch fest, dass Druckwellen mit OAM in akustischen Pinzetten verwendet werden – ihr Ansatz könnte eine neue Möglichkeit bieten, sie zu erzeugen und zu verwenden. Der Ansatz könnte beispielsweise zur Herstellung von Pinzetten verwendet werden, die in der Lage sind, extrem kleine Objekte in biologischen Systemen zu manipulieren. Eine weitere Anwendung könnte die Erstellung von mikrofluidischen Schaltkreisen beinhalten.
GJ Chaplain et al, Elastic Orbital Angular Momentum, Briefe zur körperlichen Überprüfung (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.064301
© 2022 Science X Netzwerk