Ученые Томского политехнического и Томского государственного университетов совместно с испанскими партнерами впервые продемонстрировали захватывающее явление: создание акустического крючка. Этот прорывной тип звукового пучка обладает уникальной кривизной, названной учеными "акустическим крючком". Его ключевая особенность — способность резко изгибаться на расстоянии короче длины основной волны. Такое сверхискривление открывает блестящие перспективы для субволновой манипуляции микрочастицами ультразвуком — критически важной технологии в биомедицине и разработке инновационных материалов.
Новое слово в ультразвуковых технологиях
До этого открытия были известны в основном когерентные криволинейные лучи типа пучков Эйри и их производные, созданные впервые в 2007 году. Хотя их физические свойства полезны для точного управления микрообъектами в микрофлюидных системах и биологии клеток, генерирование таких лучей связано со сложным и дорогостоящим оборудованием. Это стимулировало глобальные поиски альтернативных искривленных акустических структур с упрощенной методикой получения.
От фотонного к акустическому крючку: путь открытий
Игорь Минин, руководивший проектом в ТПУ, поясняет: "Революционный поиск принципов генерации искривленных лучей — это динамичное поле исследований с грандиозным потенциалом. В 2018 году наш интернациональный коллектив теоретически предсказал фотонный крючок — уникальный самоускоряющийся луч света. Логично возник вопрос о возможности переноса эффекта на акустику. Наши усилия увенчались успехом: статья подтверждает существование акустического крючка, формирование которого значительно проще, чем пучков Эйри".
Простота реализации: ключ – в особой частице
Для достижения эффекта команда использовала изящный метод: микрочастицу из диэлектрика Рексолит с выразительно несимметричной формой погружали в водную среду и подвергали ультразвуковому облучению. Беспрецедентное искажение формы звуковой волны происходило при прохождении через эту частицу, генерируя на выходе отчетливый крючкообразный пучок. Экспериментальную часть провели коллеги из Политехнического университета Валенсии.
Широкие перспективы практического применения
"Акустические крючки открывают небывалые возможности, — подчеркивает Игорь Минин. — Главные направления сегодня — биомедицинские исследования, синтез перспективных материалов и точнейший субволновой контроль перемещения наночастиц ультразвуком. Гибкость этой технологии позволяет решать задачи, недоступные другим типам искривленных акустических полей, таким как пучки Эйри. Следующая цель — экспериментальная демонстрация реальной манипуляции частицами с помощью крючка".
Поддержка передовых исследований
Важные работы осуществляются при содействии Российского фонда фундаментальных исследований и в рамках Программы повышения конкурентоспособности Томского политехнического университета.
Акустический крючок / Иллюстрация авторов исследования
Источник: scientificrussia.ru
