Payamvdn/NorthPersian_fa_wiki huggingface dataset:
مواد ناهمسان گرد، مانند مواد معدنی و برخی زیست مولکول ها، خواص نوری متفاوتی در جهت های مختلف تابش نور دارند و به عنوان شکافنده پرتو عمل می کنند که در آن پرتوهای نور به دو جزء متعامد برهم تقسیم می شوند. میکروسکوپ نوری قطبیده بیشتر در علوم زمین شناسی و بررسی مواد معدنی استفاده می شود اما برای مطالعه انواع مواد دیگر نظیر کامپوزیت ها، سرامیک ها، پلیمرها، نشاسته، و ماکرومولکول های زیست شناسی نیز کاربرد دارد. این تکنیک هم به صورت کیفی و هم کمی قابل استفاده است و دستگاهی ارزشمند برای علوم مختلف از جمله زمین شناسی، شیمی، زیست شناسی، متالورژی و پزشکی محسوب می شود. ویژگی های نور پلاریزه. نور به صورت موج هایی توصیف می شود که در زوایای قائم نسبت به جهت انتشار، ارتعاش می کنند. در نور غیرقطبیده یا معمولی، تمام جهت های ارتعاش به یک اندازه احتمال انتشار دارند. در مقابل آن، در نور قطبیده، ارتعاش فقط در یک جهت خاص صورت می گیرد. سیستم بینایی انسان نسبت به جهت ارتعاش نور حساسیتی ندارد و نور قطبیده را تنها از طریق شدت یا اثرات رنگی، مانند کاهش تابش خیره کننده با عینک آفتابی با لایه پلاریزه، تشخیص می دهد. نور قطبیده معمولاً از طری
ق جذب نور در یک محیط با جهت گیری های ارتعاش خاص تولید می شود. برخی از مواد معدنی مانند تورمالین به طور طبیعی این خاصیت را دارند. با این حال، فیلم های پلاریزه مصنوعی که دکتر ادوین اچ. لند در سال 1932 توسعه داد، به زودی به روش ترجیحی برای تولید نور پلاریزه تبدیل شدند. این فیلم ها با استفاده از کریستال های سولفات یدوکینین و تعبیه آنها در یک فیلم پلیمری شفاف تولید می شوند و با نام تجاری "پولاروید" عرضه شده اند. امروزه قطبی کننده ها در نمایشگرهای کریستال مایع (LCD)، عینک آفتابی، لنز عکاسی و میکروسکوپ ها کاربرد گسترده ای دارند. میکروسکوپ نور قطبیده دارای دو فیلتر به نام های قطبی کننده(polarizer) و تحلیل کننده(analyzer) هستند. قطبی کننده زیر نمونه قرار می گیرد و معمولاً جهت ارتعاش آن چپ-راست یا شرق-غرب است. تحلیل کننده بالای لنزها قرار دارد و جهت ارتعاش آن معمولاً شمال-جنوب است. وقتی هر دو فیلتر در مسیر نور قرار بگیرند و آزیموت های ارتعاشی آن ها در زوایای قائم باشند، هیچ نوری از سیستم عبور نمی کند و میدان دید تاریک خواهد شد. اجزای میکروسکوپ نور قطبیده. در میکروسکوپ نور قطبیده، نور قطبی به سطح ماده تابیده می شود، این
نور می تواند از سطح ماده منعکس شده یا عبور کند. میکروسکوپ نور قطبیده می تواند هم با نور منعکس شده و هم با نور عبوری کار کند. نور منعکس شده برای بررسی مواد مات مانند سرامیک، اکسیدهای معدنی، فلزات و ویفرهای سیلیکونی به کار می رود. این روش نیازمند اهدافی بدون فشار و بدون پوشش است. تراز و مسیر پرتو. می توان با اضافه کردن حداقل دو جزء به میکروسکوپ نوری معمولی، میکروسکوپ را به میکروسکوپ نور قطبیده تبدیل کرد. برای تشخیص شکست دوگانه (دوشکستی)، باید از نور قطبی خطی برای روشنایی نمونه استفاده شود. بدین منظور، دو فیلتر پلاریزه در مسیر پرتو میکروسکوپ قرار می گیرند؛ اولین فیلتر قطبی کننده(polarizer) نور قطبیده تولید می کند که نمونه را روشن می کند، و فیلتر دوم تحلیل کننده(analyzer) است، این فیلتر فقط نوری را عبور می دهد که به واسطه شکست دوگانه با قطبش تغییر چشمگیری کرده باشد. محورهای انتقال این فیلترها باید با زاویه ۹۰ درجه نسبت به هم تنظیم شوند؛ به طوری که محور یک فیلتر با محور انتقال دیگری هم راستا باشد تا به اصطلاح "موقعیت تاریک" (dark position) ایجاد شود. در این حالت، هیچ نوری به دوربین یا لوله چشمی نمی رسد و تصویر تا
ریک می شود. تنظیم "موقعیت تاریک" مرحله ای حیاتی در میکروسکوپ نور قطبیده است و تنظیم صحیح آن تضمین می کند که تنها نوری که پس از عبور از نمونه دچار تغییر قطبش شده، قابل مشاهده خواهد بود.
فراماده آکوستیک، کریستال صوتی یا کریستال فنونیک، ماده ای است که برای کنترل، هدایت و دستکاری امواج صوتی یا فونون ها در گازها، مایعات و جامدات (شبکه های بلوری) طراحی شده است. کنترل امواج صوتی از طریق دستکاری پارامترهایی مانند مدول حجمی "β"، چگالی "ρ" و کایرالیته (چرخش پذیری) انجام می شود. آن ها می توانند به گونه ای طراحی شوند که امواج صوتی را در فرکانس های خاصی یا انتقال دهند، یا به دام انداخته و تقویت کنند. در حالت دوم، ماده یک رزوناتور صوتی (تشدیگر آکوستیک) است. فرامواد آکوستیک برای مدل سازی و پژوهش در مورد پدیده های صوتی در مقیاس بسیار بزرگ مانند امواج لرزه ای و زمین لرزه و همچنین پدیده های بسیار کوچک مانند اتم ها استفاده می شود. در حالت دوم به دلیل مهندسی باندگپ ممکن است: فرامواد صوتی می توانند به گونه ای طراحی شوند که باندگپ هایی برای فونون ها نشان دهند، مشابه باندگپ های موجود برای الکترون ها در جامدات یا اوربیتال های الکترونی در اتم ها. این امر همچنین باعث شده است که کریستال فونونیک به یکی از اجزای مورد تحقیق گسترده در فناوری های کوانتومی و آزمایش هایی که مکانیک کوانتومی را بررسی می کنند تبدیل کند. شاخه ه
ای مهم فیزیک و فناوری که به شدت به فرامواد صوتی وابسته هستند، شامل پژوهش در مواد با ضریب شکست منفی و اپتومکانیک (کوانتومی) می شوند. تاریخچه. فرامواد صوتی از تحقیقات و دستاوردهای مرتبط با فرامواد ایجاد شده اند. توسعه یافته اند. ایده یک ماده نوین در ابتدا توسط ویکتور وسلاگو در سال ۱۹۶۷ مطرح شد، اما تا حدود ۳۳ سال بعد به واقعیت نپیوست. در اواخر دهه ۱۹۹۰، جان پندری عناصر اساسی فرامواد را تولید کرد. این مواد ترکیب شدند و مواد با ضریب شکست منفی برای اولین بار در سال ۲۰۰۰ به تحقق پیوستند و پاسخ های نوری و مادی ممکن را گسترش دادند. تحقیقات در زمینه فرامواد صوتی نیز با هدف مشابه، یعنی گسترش پاسخ های مواد با استفاده از امواج صوتی، پیش می رود. تحقیقات با استفاده از فرامواد صوتی در سال ۲۰۰۰ با ساخت و نمایش کریستال های صوتی در یک مایع آغاز شد. سپس، رفتار رزوناتور حلقه شکافته به حوزه تحقیقات فرامواد صوتی انتقال داده شد. پپس از آن، پارامترهای دوگانه منفی (مانند مدول حجمی مؤثر"β"eff چگالی مؤثر"ρ"eff) توسط این نوع محیط تولید شدند. در ادامه، گروهی از محققان طراحی و نتایج آزمایش یک عدسی فراماده اولتراسونیک برای متمرکز کردن اموا
ج صوتی با فرکانس ۶۰ کیلوهرتز را ارائه کردند. مهندسی آکوستیک معمولاً با کنترل نویز، سونوگرافی پزشکی، سونار، بازتولید صدا و اندازه گیری برخی خواص فیزیکی دیگر با استفاده از صوت سروکار دارد. با استفاده از فرامواد صوتی، می توان جهت حرکت صوت در یک محیط را از طریق دستکاری ضریب شکست صوتی کنترل کرد. به این ترتیب، قابلیت های فناوری های صوتی سنتی گسترش می یابد، به عنوان مثال، در نهایت امکان مخفی کردن برخی اشیاء از شناسایی صوتی فراهم می شود. اولین کاربرد صنعتی موفق فراماده صوتی در زمینه عایق کاری هواپیما بود که به منظور کاهش نویز و ارتعاشات در داخل هواپیما و بهبود راحتی مسافران آزمایش شد. این فرامواد با استفاده از ویژگی های خاص خود در مهار امواج صوتی، قادر به کاهش سر و صدا در فرکانس های خاص بودند. اصول اولیه. خواص فرامواد صوتی معمولاً از ساختار آن ها ناشی می شود نه از ترکیب شان. این خواص با استفاده از تکنیک هایی مانند ساخت کنترل شده ناهماهنگی های کوچک ایجاد می شوند تا رفتار مؤثر ماکروسکوپی را به نمایش بگذارند.. مدول حجمی و چگالی جرمی. مدول حجمی β معیاری از مقاومت یک ماده در برابر فشرده سازی یکنواخت است. این مقدار به عنوا
ن نسبت افزایش فشار که برای ایجاد یک کاهش نسبی مشخص در حجم لازم است، تعریف می شود. چگالی جرمی (یا به طور خلاصه "چگالی") یک ماده به عنوان جرم در واحد حجم تعریف می شود و معمولاً بر حسب گرم بر سانتی متر مکعب (g/cm³) بیان می شود. در هر سه حالت کلاسیک ماده—گاز، مایع یا جامد—چگالی با تغییر دما یا فشار تغییر می کند، به طوری که گازها بیشترین حساسیت را به این تغییرات دارند. دامنه چگالی ها بسیار گسترده است: از 15^10 g/cm³ برای ستاره های نوترونی، ۱٫۰۰ گرم بر سانتی متر مکعب برای آب، تا ۱٫۲× 10-3 گرم بر سانتی متر مکعب برای هوا. پارامترهای مرتبط دیگر شامل موارد زیر هستند: چگالی سطحی که جرم در واحد مساحت (دو بعدی) چگالی خطی - جرم در واحد طول (یک بعدی) چگالی نسبی که چگالی یک ماده را نسبت به چگالی یک ماده مرجع، مانند آب، نشان می دهد. برای مواد آکوستیک و فرامواد آکوستیک، هم مدول حجمی و هم چگالی به عنوان پارامترهای مؤلفه ای عمل می کنند که ضریب شکست آن ها را تعیین می کنند. ضریب شکست آکوستیک مشابه مفهوم مورد استفاده در اپتیک است، اما به جای امواج الکترومغناطیسی، به امواج فشار یا برشی مربوط می شود. مدل نظری فرامواد صوتی یا کریستال
های فونونیک را می توان به عنوان معادل آکوستیکی کریستال های فوتونی در نظر گرفت: به جای امواج الکترومغناطیسی (فوتون ها) که از طریق ماده ای با ضریب شکست نوری به طور دوره ای تغییر یافته حرکت می کنند (که منجر به تغییر سرعت نور می شود)، کریستال فونونیک شامل امواج فشار (فونون ها) است که از طریق ماده ای با ضریب شکست صوتی به طور دوره ای تغییر یافته حرکت می کنند و منجر به تغییر سرعت صوت می شود. افزون بر مفاهیم موازی ضریب شکست و ساختار بلوری، امواج الکترومغناطیسی و صوتی هر دو به طور ریاضی با معادله موج توصیف می شوند. امواج الکترومغناطیسی و امواج صوتی از نظر ریاضی مشابهت هایی دارند، چرا که هر دو با معادله موج توصیف می شوند. این معادله نحوهٔ انتشار این امواج را در فضا و زمان مشخص می کند. در حالی که امواج الکترومغناطیسی به طور معمول از میدان های الکتریکی و مغناطیسی تشکیل می شوند، امواج صوتی به حرکت ذرات در یک محیط (معمولاً هوا یا مایع) وابسته هستند. ساده ترین تحقق یک فراماده صوتی می تواند شامل حرکت یک موج فشار از طریق یک صفحه با ضریب شکست به طور دوره ای تغییر یافته در یک بعد باشد. در این حالت، رفتار موج از طریق صفحه یا «لا
یه» می تواند با استفاده از ماتریس های انتقال پیش بینی و تحلیل شود. این روش در اپتیک رایج است، جایی که برای توصیف امواج نور که از طریق یک بازتابنده براگ توزیع شده حرکت می کنند، استفاده می شود. فرامواد آکوستیک با ضریب شکست منفی در برخی باندهای فرکانسی خاص، چگالی جرم مؤثر و مدول حجمی ممکن است منفی شوند. این امر منجر به ضریب شکست منفی می شود. تمرکز از طریق صفحات صاف، که می تواند به وضوح فوق العاده منجر شود، مشابه فرامواد الکترومغناطیسی است. پارامترهای دوگانه منفی نتیجه رزونانس های فرکانس پایین هستند. در ترکیب با یک قطبش به خوبی تعریف شده در حین انتشار امواج؛ معادله k = | "n" | "ω" برای ضریب شکست است که نشان می دهد چگونه امواج صوتی با فرامواد آکوستیک تعامل می کنند (در زیر): پارامترهای ذاتی محیط شامل چگالی جرم ρ، مدول حجمی β و چیرالی k هستند. چیرالی، یا دست چپ بودن، قطبیت انتشار موج (بردار موج)را تعیین می کند؛ بنابراین، در معادله آخر، راه حل های نوع وسلاگو (n2=u∗ϵ) برای انتشار موج ممکن است، زیرا وضعیت منفی یا مثبت ρ و β جهت انتشار موج به جلو یا عقب را تعیین می کنند. در فرامواد الکترومغناطیسی، قابلیت گذردهی منفی می
تواند در مواد طبیعی یافت شود. با این حال، نفوذپذیری منفی باید به طور عمدی در محیط انتقال مصنوعی محیط انتقال مصنوعی ایجاد شود. برای مواد آکوستیک، نه چگالی جرم منفی ρ و نه مدول حجمی منفی β در مواد طبیعی یافت می شود. آنها از فرکانس های تشدید یک محیط انتقال مصنوعی ساخته شده استخراج می شوند و چنین مقادیر منفی یک پاسخ غیرعادی هستند. چگالی جرم یا مدول حجمی منفی به این معنی است که در فرکانس های خاص، محیط زمانی که تحت فشرده سازی قرار می گیرد، منبسط می شود (مدول منفی) و زمانی که به سمت راست فشرده می شود، به سمت چپ تسریع می کند (چگالی منفی) میدان الکترومغناطیسی در مقابل میدان صوتی طیف الکترومغناطیسی از فرکانس های پایین که برای رادیوهای مدرن استفاده می شود تا تابش گاما در انتهای طول موج کوتاه گسترش می یابد، که شامل طول موج هایی از هزاران کیلومتر تا بخشی از اندازه یک اتم است. در مقایسه، فرکانس های اینفرسونیک از ۲۰ هرتز تا ۰٫۰۰۱ هرتز متغیر هستند، فرکانس های قابل شنوایی از ۲۰ هرتز تا ۲۰ کیلوهرتز و محدوده اولتراسونیک بالاتر از ۲۰ کیلوهرتز قرار دارد. در حالی که امواج الکترومغناطیسی می توانند در خلأ سفر کنند، انتشار امواج صوتی
به یک محیط نیاز دارد. مکانیک امواج شبکه در یک ساختار شبکه سفت و سخت، اتم ها بر یکدیگر نیروی وارد می کنند که تعادل را حفظ می کنند. بیشتر این نیروهای اتمی، مانند پیوندهای کووالانسی یا یونی، ماهیت الکتریکی دارند. نیروی مغناطیسی و نیروی گرانش ناچیز است. به دلیل پیوندهای بین اتم ها، جابجایی یک یا چند اتم از موقعیت تعادلی خود موجب ایجاد یک سری امواجارتعاشی می شود که از طریق شبکه گسترش می یابند. یکی از این امواج در شکل نشان داده شده است.. دامنه موج توسط جابجایی های اتم ها از موقعیت های تعادلی خود تعیین می شود. طول موج λ مشخص شده است. یک طول موج حداقل ممکن وجود دارد که توسط فاصله تعادلی a بین اتم ها تعیین می شود. هر طول موج کوتاه تر از این مقدار می تواند به یک طول موج بلندتر تبدیل شود، به دلیل اثراتی مشابه به الیاسینگ. تحقیقات و کاربردها. کاربردهای تحقیقات فراماده صوتی شامل انعکاس امواج لرزه ای و فناوری های کنترل ارتعاش مربوط به زلزله و همچنین سنجش دقیق است. بلورهای فونونیک را می توان طوری مهندسی کرد که شکاف نواری را برای فونون ها نشان دهد، مشابه وجود شکاف های نواری برای الکترون ها در جامدات و وجود اوربیتال های الکت
رونی در اتم ها. با این حال، بر خلاف اتم ها و مواد طبیعی، خواص فرامواد را می توان به خوبی تنظیم کرد (به عنوان مثال از طریق میکروساخت). به همین دلیل، آنها یک بستر آزمایشی بالقوه برای فیزیک بنیادی و فناوری های کوانتومی را تشکیل می دهند. آنها همچنین کاربردهای مهندسی متنوعی دارند، به عنوان مثال آنها به طور گسترده به عنوان یک جزء مکانیکی در سیستم های اپتومکانیکی استفاده می شوند. کریستال های صوتی. در سال ۲۰۰۰، تحقیقات لیو "و همکاران." راه را برای فرامواد آکوستیک از طریق کریستال های صوتی هموار کرد، که شکاف های طیفی دو مرتبه کوچک تر از طول موج صوت را نشان می دهند. شکاف های طیفی از انتقال امواج در فرکانس های تعیین شده جلوگیری می کند. فرکانس را می توان با تغییر اندازه و هندسه به پارامترهای دلخواه تنظیم کرد. مواد ساخته شده شامل گلوله های سربی جامد با چگالی بالا به عنوان هسته، به اندازه یک سانتی متر و پوشش داده شده با یک لایه ۲٫۵ میلی متری از سیلیکون لاستیکی بود. اینها در یک ساختار شبکه کریستالی مکعبی ۸ × ۸ × ۸ مرتب شدند. توپ ها با اپوکسی در ساختار مکعبی سیمان شدند. انتقال به عنوان تابعی از فرکانس از ۲۵۰ تا ۱۶۰۰ اندازه گی
ری شد هرتز برای یک کریستال صوتی چهار لایه. یک دال دو سانتی متری صدایی را جذب می کند که معمولاً به مواد بسیار ضخیم تری نیاز دارد، در ۴۰۰ هرتز افت دامنه در ۴۰۰ و ۱۱۰۰ مشاهده شد هرتز دامنه امواج صوتی وارد شده به سطح با امواج صوتی در مرکز سازه مقایسه شد. نوسانات کره های پوشش داده شده انرژی صوتی را جذب می کند که شکاف فرکانسی را ایجاد می کند. با افزایش ضخامت ماده، انرژی صوتی به صورت تصاعدی جذب شد. نتیجه کلیدی ثابت الاستیک منفی ایجاد شده از فرکانس های تشدید مواد بود. کاربردهای پیش بینی شده کریستال های صوتی انعکاس امواج لرزه ای و اولتراسونیک است. تشدید کننده های حلقه تقسیم برای فرامواد صوتی. در سال ۲۰۰۴ تشدید کننده های حلقه تقسیم شده (SRR) موضوع تحقیقات فراماده آکوستیک شدند. تجزیه و تحلیل ویژگی های شکاف باند فرکانس، که از خواص محدود کننده ذاتی SRRهای مصنوعی ایجاد شده است، به موازات تجزیه و تحلیل کریستال های صوتی است. خواص شکاف باند SRRها به خواص شکاف نواری کریستال صوتی مربوط می شود. ذاتی این تحقیق توصیفی از خواص مکانیکی و مشکلات مکانیک پیوسته برای بلورهای صوتی، به عنوان یک ماده همگن ماکروسکوپی است. همبستگی در قابلیت
های شکاف باند شامل عناصر تشدید محلی و مدول های الاستیک است که در محدوده فرکانسی خاصی کار می کنند. عناصری که برهم کنش دارند و در ناحیه محلی مربوطه خود طنین انداز می شوند در سراسر ماده جاسازی شده اند. در فرامواد آکوستیک، عناصر تشدید کننده محلی برهمکنش یک کره لاستیکی ۱ سانتی متری با مایع اطراف است. با انتخاب اندازه، نوع مواد و ادغام ساختارهای میکروسکوپی که مدولاسیون فرکانس ها را کنترل می کنند، می توان مقادیر باند توقف و فرکانس باند شکاف را کنترل کرد. این مواد سپس قادر به محافظت از سیگنال های صوتی و کاهش اثرات امواج برشی ضد صفحه هستند. با برون یابی این ویژگی ها در مقیاس های بزرگتر، می توان فیلترهای امواج لرزه ای ایجاد کرد (به فرامواد لرزه ای مراجعه کنید). فرامواد آرایه ای می توانند فیلتر یا پلاریزه کننده امواج الکترومغناطیسی یا الاستیک ایجاد کنند. روش هایی که می توانند برای کنترل دوبعدی توقف باند و شکاف باند با ساختارهای فوتونیک یا صوتی بکار روند توسعه یافته اند. مشابه ساخت فراماده فوتونیک و الکترومغناطیسی، یک فراماده صوتی با منابع موضعی چگالی جرم "ρ" و پارامترهای مدول توده β، که به ترتیب مشابه گذردهی و نفوذپذیری
هستند، تعبیه شده است. فرامواد صوتی (یا آوایی) بلورهای صوتی هستند. این کریستال ها دارای یک هسته سربی جامد و یک پوشش سیلیکونی نرم تر و کشسان تر هستند. کریستال های صوتی به دلیل کره های پوشش داده شده، تشدید موضعی داخلی داشتند که منجر به منحنی های پراکندگی تقریباً مسطح می شود. Movchan و Guenneau شکاف های باند فرکانس پایین و برهمکنش های موج موضعی کره های پوشش داده شده را تجزیه و تحلیل و ارائه کردند. از این روش می توان برای تنظیم شکاف های باند ذاتی در مواد و ایجاد شکاف های باند فرکانس پایین جدید استفاده کرد. همچنین برای طراحی موجبرهای کریستالی آوایی با فرکانس پایین کاربرد دارد. کریستال های فونونیک. بلورهای فونونیک مواد مصنوعی هستند که از تغییرات دوره ای خواص صوتی ماده (یعنی کشش و جرم) تشکیل می شوند. یکی از ویژگی های اصلی آنها امکان داشتن شکاف باند فونیک است. یک کریستال فونونیک با شکاف باند فونونیک مانع از انتقال فونون های محدوده فرکانس انتخاب شده از طریق مواد می شود. برای به دست آوردن ساختار باند فرکانس یک بلور آوایی، قضیه بلوخ بر روی یک سلول واحد در فضای شبکه متقابل (منطقه بریلوین) اعمال می شود. چندین روش عددی برا
ی این مسئله موجود است، مانند روش گسترش موج صفحه، روش اجزای محدود و روش تفاضل محدود. به منظور سرعت بخشیدن به محاسبه ساختار باند فرکانسی، می توان از روش گسترش حالت بلوچ کاهش یافته (RBME) استفاده کرد. RBME «در بالای» هر یک از روش های عددی بسط اولیه ذکر شده در بالا اعمال می شود. برای مدل های سلول واحد بزرگ، روش RBME می تواند زمان محاسبه ساختار باند را تا دو مرتبه قدر کاهش دهد. اساس کریستال های آوایی به آیزاک نیوتن برمی گردد که تصور می کرد امواج صوتی در هوا منتشر می شوند به همان روشی که یک موج الاستیک در امتداد شبکه ای از جرم های نقطه ای که توسط فنرهایی با ثابت نیروی کشسان E به هم متصل می شوند منتشر می شود. این ثابت نیرو یکسان است با مدول مواد. با کریستال های آوایی مواد با مدول های متفاوت، محاسبات پیچیده تر از این مدل ساده است. یک عامل کلیدی برای مهندسی شکاف باند آکوستیک، عدم تطابق امپدانس بین عناصر تناوبی شامل کریستال و محیط اطراف است. هنگامی که یک جبهه موج در حال پیشروی با ماده ای با امپدانس بسیار بالا برخورد می کند، تمایل دارد سرعت فاز خود را از طریق آن محیط افزایش دهد. به همین ترتیب، هنگامی که جبهه موج در حال
پیشروی با یک محیط امپدانس پایین برخورد می کند، سرعت آن کاهش می یابد. این مفهوم را می توان با آرایش های دوره ای عناصر ناسازگار با امپدانس برای تأثیرگذاری بر امواج صوتی در کریستال مورد بهره برداری قرار داد. موقعیت شکاف باند در فضای فرکانس برای یک کریستال آوایی توسط اندازه و آرایش عناصر تشکیل دهنده کریستال کنترل می شود. عرض شکاف باند به طور کلی به تفاوت در سرعت صوت (به دلیل تفاوت امپدانس) از طریق مواد تشکیل دهنده کامپوزیت مربوط می شود. کریستال های فونونیک به طور مؤثر نویز فرکانس پایین را کاهش می دهند، زیرا سیستم های تشدید محلی آنها به عنوان فیلترهای فرکانس فضایی عمل می کنند. با این حال، آنها دارای شکاف باند باریک هستند، وزن اضافی را به سیستم اولیه تحمیل می کنند و فقط در محدوده فرکانس تنظیم شده کار می کنند. برای افزایش شکاف باند، سلول های واحد باید اندازه بزرگ یا حاوی مواد متراکم باشند. به عنوان راه حلی برای معایب بلورهای آوایی که در بالا ذکر شد، یک متا ساختار سبک سه بعدی جدید متشکل از یک پراکنده پرتو متقاطع که در یک صفحه میزبان با سوراخ هایی بر اساس متاماده شبکه مربعی تعبیه شده است، پیشنهاد می کند. با ترکیب مکان
یسم شبکه های ورود مجدد و نظریه فلوکه بلوخ، بر اساس نظریه پرتو متقاطع و مکانیسم سوراخ، نشان داده شد که چنین ساختار آوایی سبک وزن می تواند امواج الاستیک را در یک محدوده فرکانس وسیع فیلتر کند (نه فقط یک منطقه باریک خاص) در حالی که به طور همزمان وزن سازه را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. فراماده آکوستیک دو منفی. فرامواد الکترومغناطیسی (همسانگرد) دارای ساختارهای تشدید داخلی هستند که گذردهی منفی مؤثر و نفوذپذیری منفی را برای برخی محدوده های فرکانس نشان می دهند. در مقابل، ساخت مواد آکوستیک کامپوزیتی با رزونانس های داخلی به گونه ای که دو تابع پاسخ مؤثر در محدوده توانایی یا محدوده رسانه انتقال منفی باشند، دشوار است. چگالی جرم "ρ" و مدول حجمی β وابسته به موقعیت هستند. با استفاده از فرمول یک موج صفحه، بردار موج به صورت زیر است: formula_1 با فرکانس زاویه ای که با "ω" نشان داده می شود و "c" سرعت انتشار سیگنال صوتی در محیط همگن است. با چگالی ثابت و مدول حجمی به عنوان اجزای تشکیل دهنده محیط، ضریب شکست به صورت n 2 = "ρ" / β بیان می شود. برای ایجاد یک موج صفحه در حال انتشار در ماده، لازم است "ρ" و β هر دو مثبت یا منفی باشند
. هنگامی که پارامترهای منفی به دست آمد، نتیجه ریاضی بردار Poynting است formula_2 در جهت مخالف بردار موج است formula_3 . این نیاز به منفی در مدول توده و چگالی دارد. مواد طبیعی چگالی منفی یا مدول حجمی منفی ندارند، اما مقادیر منفی از نظر ریاضی امکان پذیر است و می توان آن را هنگام پراکندگی لاستیک نرم در مایع نشان داد. حتی برای مواد کامپوزیت، مدول توده ای مؤثر و چگالی باید به طور معمول با مقادیر اجزای تشکیل دهنده محدود شود، به عنوان مثال، اشتقاق مرزهای پایین و بالایی برای مدول الاستیک محیط. انتظار برای مدول توده مثبت و چگالی مثبت ذاتی است. به عنوان مثال، پراکندگی ذرات جامد کروی در یک سیال منجر به نسبتی می شود که توسط گرانش مخصوص در هنگام تعامل با طول موج بلند صوتی (صدا) کنترل می شود. از نظر ریاضی، می توان ثابت کرد که β eff و "ρ" eff برای مواد طبیعی قطعاً مثبت هستند. استثنا در فرکانس های تشدید پایین رخ می دهد. به عنوان مثال، منفی بودن مضاعف آکوستیک از نظر تئوری با ترکیبی از کره های لاستیکی نرم و سیلیکونی معلق در آب نشان داده می شود. در لاستیک نرم، صدا بسیار کندتر از آب حرکت می کند. کنتراست سرعت بالای سرعت صوت بین ک
ره های لاستیکی و آب امکان انتقال فرکانس های تک قطبی و دو قطبی بسیار پایین را فراهم می کند. این یک آنالوگ راه حل تحلیلی برای پراکندگی تابش الکترومغناطیسی یا پراکندگی موج صفحه الکترومغناطیسی توسط ذرات کروی - کره های دی الکتریک است. از این رو، محدوده باریکی از فرکانس های نرمال شده ۰٫۰۳۵ &lt; ωa/(2πc) &lt;0.04 وجود دارد که در آن مدول حجمی و چگالی منفی هر دو منفی هستند. در اینجا "a" ثابت شبکه است اگر کره ها در یک شبکه مکعبی وجهی (fcc) مرتب شوند. "ω" فرکانس زاویه ای و "c" سرعت سیگنال صوتی است. مدول توده مؤثر و چگالی نزدیک به حد استاتیکی همان طور که پیش بینی شد مثبت است. رزونانس تک قطبی یک مدول توده ای منفی بالاتر از فرکانس نرمال شده در حدود ۰٫۰۳۵ ایجاد می کند در حالی که رزونانس دو قطبی چگالی منفی بالاتر از فرکانس نرمال شده در حدود ۰٫۰۴ ایجاد می کند. این رفتار مشابه تشدیدهای فرکانس پایین تولید شده در SRRها (فراماده الکترومغناطیسی) است. سیم ها و حلقه های دوقطبی پاسخ دوقطبی الکتریکی و مغناطیسی ذاتی را ایجاد می کنند. با این فراماده صوتی ساخته شده مصنوعی از گوی های لاستیکی و آب، تنها یک ساختار (به جای دو) تشدیدهای فرکان
س پایین را برای رسیدن به منفی مضاعف ایجاد می کند. با تشدید تک قطبی، کره ها منبسط می شوند، که یک تغییر فاز بین امواج عبوری از لاستیکی و آب ایجاد می کند. این یک پاسخ منفی ایجاد می کند. تشدید دو قطبی پاسخ منفی ایجاد می کند به طوری که فرکانس مرکز جرم کره ها با بردار موج موج صوتی (سیگنال صوتی) خارج از فاز است. اگر این پاسخ های منفی به اندازه کافی بزرگ باشند که سیال پس زمینه را جبران کنند، می توان هم مدول توده مؤثر منفی و هم چگالی مؤثر منفی داشت. هم چگالی جرم و هم متقابل مدول توده به اندازه کافی سریع کاهش می یابد که سرعت گروه منفی شود (منفی مضاعف). این منجر به نتایج مطلوب شکست منفی می شود. منفی مضاعف نتیجه رزونانس و خواص شکست منفی ناشی از آن است. فراماده با مدول توده و چگالی جرمی به طور همزمان منفی. در سال ۲۰۰۷ یک متاماده گزارش شد که به طور همزمان دارای مدول حجمی منفی و چگالی جرمی منفی است. این متام ماده یک ساختار ترکیبی روی است که از یک آرایه fcc از کره های آب حاوی حباب (BWSs) و یک آرایه fcc نسبتاً جابجا شده از کره های طلایی با روکش لاستیکی (RGS) در اپوکسی ویژه تشکیل شده است. مدول توده منفی از طریق رزونانس های تک
قطبی سری BWS به دست می آید. چگالی جرم منفی با تشدید دو قطبی سری کره طلا به دست می آید. این ماده به جای کره های لاستیکی در مایع، یک ماده جامد است. این همچنین هنوز متوجه مدول حجمی منفی و چگالی جرمی همزمان در یک ماده جامد است که یک تمایز مهم است. تشدید کننده های دوتایی C. تشدید کننده های دوگانه C (DCRs) حلقه هایی هستند که به نصف تقسیم شده اند، که می توانند در پیکربندی های سلولی متعدد، مشابه SRRS، مرتب شوند. هر سلول از یک دیسک سفت و سخت بزرگ و دو رباط نازک تشکیل شده است و به عنوان یک نوسان ساز کوچک عمل می کند که توسط فنرها به هم متصل می شوند. یک فنر اسیلاتور را لنگر می اندازد و دیگری به جرم متصل می شود. این شبیه به تشدید کننده LC با ظرفیت خازنی، C، و اندوکتانس، L، و فرکانس تشدید √1/(LC) است. سرعت صوت در ماتریس به صورت c=√ "ρ" /μ با چگالی "ρ" و مدول برشی μ بیان می شود. اگرچه الاستیسیته خطی در نظر گرفته می شود، اما مشکل عمدتاً توسط امواج برشی که در زوایای صفحه استوانه ها هدایت می شوند، تعریف می شود. یک شکاف باند آوایی در ارتباط با رزونانس حلقه استوانه ای ایجاد می شود. یک شکاف باند آوایی در محدوده فرکانس های نرمال ش
ده وجود دارد. این زمانی است که انکلوژن به صورت یک بدنه سفت و سخت حرکت می کند. طراحی DCR یک باند مناسب با شیب منفی در طیف وسیعی از فرکانس ها تولید کرد. این نوار با هیبریداسیون حالت های یک DCR با حالت های میله های سفت نازک به دست آمد. محاسبات نشان داده است که در این فرکانس ها: سوپرلنز متامتریال آکوستیک. در سال ۲۰۰۹ شو ژانگ "و همکاران." طراحی و نتایج آزمایش یک لنز فراماده اولتراسونیک برای فوکوس ۶۰ را ارائه کرد کیلوهرتز (~۲ طول موج سانتی متر) امواج صوتی زیر آب. این لنز از عناصر با طول موج فرعی ساخته شده بود که به طور بالقوه فشرده تر از لنزهای آوایی که در همان محدوده فرکانس کار می کنند. این لنز از شبکه ای از حفره های پر از مایع به نام تشدید کننده های هلمهولتز تشکیل شده است که در فرکانس های خاصی در نوسان هستند. شبیه به شبکه ای از سلف ها و خازن ها در یک فراماده الکترومغناطیسی، آرایش حفره های هلمهولتز توسط Zhang "و همکاران طراحی شده است." دارای مدول دینامیکی منفی برای امواج اولتراسوند. منبع نقطه ای ۶۰٫۵ صدای کیلوهرتز روی نقطه ای تقریباً به عرض نیم طول موج متمرکز شد و پتانسیل بهبود وضوح فضایی حتی بیشتر وجود دارد. نتای