Focalisation des polaritons micromécaniques dans des métasurfaces hyperboliques topologiquement non triviales

Le Dr Johan Christensen, responsable du groupe de recherche sur les métamatériaux mécaniques et acoustiques de l’IMDEA Materials Institute, fait partie des chercheurs à l’origine d’une étude pionnière explorant les propriétés topologiques des métamatériaux.

Cette dernière recherche, intitulée « Focalisation des polaritons micromécaniques dans des métasurfaces hyperboliques topologiquement non triviales » et publié dans Matériaux avancés, a retenu l’attention en raison de son potentiel à révolutionner la manipulation des ondes grâce à des caractéristiques non triviales et immunisées contre les défauts inhérentes aux métamatériaux topologiques. L’étude figurait sur la couverture de la revue.

Les métamatériaux topologiques se distinguent par leur protection topologique des états de surface, ce qui les distingue des matériaux conventionnels. Dans les domaines de l’acoustique et de l’élasticité, ces états de surface se manifestent par des vibrations localisées à l’interface entre le métamatériau et son environnement.

Contrairement aux ondes sonores typiques qui se propagent dans la masse du matériau, ces états de surface sont extraordinairement robustes, conservant leurs propriétés même en cas de variations ou d’imperfections mineures du matériau.

Le Dr Christensen et son équipe ont réalisé des progrès remarquables en structurant les surfaces des métamatériaux élastiques avec des piliers de la taille d’un micromètre.

« Cette modélisation méticuleuse que nous avons pu réaliser dans ce dernier travail intègre des symétries spécifiques conçues pour améliorer les performances des métamatériaux », a expliqué le Dr Christensen.

« Nous avons notamment pu utiliser les symétries chirales et miroir pour renforcer la robustesse des états topologiques. »

La symétrie chirale, caractérisée par la propriété des objets ou des molécules qui ne peuvent pas être superposées à leur image miroir, et la symétrie miroir, où les objets semblent identiques à leurs reflets, faisaient toutes deux partie intégrante de la conception.

« La disposition précise des piliers garantissait la présence de ces symétries, améliorant considérablement la nature et la résilience des états topologiques », a ajouté le Dr Christensen.

Aux côtés du Dr Christensen, les chercheurs impliqués dans la dernière publication comprennent le Dr Liyang Zheng de l’Université Carlos III de Madrid et le professeur Minghui Lu de l’Université de Nanjing, en Chine.

La recherche a démontré la capacité de focaliser des ultrasons hautement dirigés sur des fréquences thérapeutiques basses MHz. Cette avancée, facilitée par la combinaison de la symétrie chirale et miroir, a permis d’obtenir des performances et une robustesse très résilientes face aux imperfections et aux désordres de fabrication.