Акустическая левитация впервые подняла сантиметровый объект

Физики создали новый тип ловушки на принципе акустической левитации, использующий комбинацию двух звуковых вихрей. Полученная система впервые позволила использовать этот подход для того, чтобы удержать частицы, размер которых превышает длину звуковой волны. Это в разы больше, чем у предыдущих аналогов. Статья с описанием разработки опубликована в журнале Physical Review Letters.

Акустические ловушки используют звуковые волны для того, чтобы удаленно удерживать и перемещать объекты. Все созданные до недавнего времени подобные устройства работали только для частиц, размер которых составляет менее половины используемой длины волны, то есть около 4 миллиметров для самого распространенного типа. В новой работе ученые продемонстрировали новый тип ловушки, преодолевающий этот барьер.

Пойманный любой подобной ловушкой объект движется за счет силы акустического излучения, которая возникает вследствие того, что волны на нем рассеиваются. Если форма акустического луча подобрана правильно, то это позволяет манипулировать объектом: вращать, перемещать, останавливать. В теории можно менять длину волны для захвата объектов разных размеров. Однако в связи с тем, что для этого нужна большая мощность, нужно использовать достаточно короткие длины волн, чтобы не повредить слух находящихся рядом людей, что, соответственно, ограничивает возможный размер объектов.

В статье Асьера Марцо и его коллеги из Бристольского университета описывается способ удержания с использованием двух акустических лучей в форме вихрей, вращающихся в разные стороны. Физики используют импульсный режим удержания, поочередно ненадолго включая то один вихрь, то другой, что толкает объект — в данном случае полистироловый шарик — в противоположные стороны. Усреднение по времени такого воздействия фактически создает вихрь другой формы, который авторы поэтому называют «виртуальным».

В результате шарик остается в центре ловушки, причем такой способ работает с объектами, размер которых не позволяет их удерживать одним вихрем простого вида. Настройка частоты импульсов позволила удержать объект в два раза большего размера (1,6 сантиметра), чем длина волны. Также авторы смогли придать шарику вращение по кругу с заданной скоростью. Приборы на принципе акустической левитации активно развиваются в последние годы. Подобные устройства могут найти применение в медицине: например, при процедурах, подобных удалению камней из почек.