Pela primeira vez, cientistas conseguiram criar e registrar imagens de um "arco-íris sonoro" completo, um fenômeno que separa ondas sonoras de forma semelhante ao que acontece com a luz ao formar um arco-íris. A descoberta representa um avanço na manipulação de vibrações e pode contribuir para o desenvolvimento de dispositivos acústicos mais precisos, sensores e tecnologias de processamento de informações.

Os resultados foram obtidos de forma independente por duas equipes de pesquisadores na China e destacados pela revista New Scientist.

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O que é um arco-íris sonoro?

Um arco-íris tradicional surge quando a luz branca é separada em diferentes comprimentos de onda, fazendo aparecer as cores do espectro visível.

Os pesquisadores demonstraram que um princípio semelhante também pode ser aplicado ao som. Em vez de separar cores, os dispositivos dividem ondas sonoras e vibrações de acordo com suas frequências, fazendo com que cada uma permaneça concentrada em uma posição específica do material.

Na física, esse fenômeno é conhecido como arco-íris elástico, porque envolve ondas mecânicas, e não luz.

Como os pesquisadores conseguiram criar o fenômeno

Uma equipe liderada por Riyi Zheng, da Universidade de Tecnologia do Sul da China, produziu o arco-íris sonoro em um chip de silício. Paralelamente, pesquisadores liderados por Yafeng Chen, da Universidade de Tongji, desenvolveram um dispositivo semelhante utilizando alumínio.

Os dois grupos criaram estruturas microscópicas com padrões cuidadosamente projetados, compostos por pequenos pilares triangulares. Esses padrões alteram a forma como as vibrações atravessam o material, fazendo com que ondas de diferentes frequências sigam trajetórias distintas e permaneçam separadas, formando o equivalente acústico de um arco-íris.

Segundo os pesquisadores, trata-se do conjunto mais completo desse tipo de fenômeno já obtido em laboratório.

O papel dos fônons na descoberta

O experimento se baseia em partículas quânticas chamadas fônons, que representam as vibrações existentes nos materiais sólidos.

Normalmente, de acordo com os especialistas, essas vibrações se espalham de forma desordenada. Nos novos dispositivos, porém, a geometria microscópica faz com que os fônons mudem de direção e velocidade durante o percurso, separando-se conforme a frequência.

Inspiradas na forma como elétrons podem ser controlados por campos eletromagnéticos, as duas equipes conseguiram reproduzir esse efeito apenas por meio da estrutura física dos materiais.

No experimento conduzido por Chen, o fenômeno foi registrado utilizando ondas ultrassônicas — inaudíveis para os seres humanos — iluminadas por um laser, permitindo fotografar a separação das vibrações.

Como essa tecnologia pode ser usada no futuro

Embora a pesquisa ainda esteja em estágio experimental, especialistas afirmam que controlar vibrações com esse nível de precisão pode abrir novas possibilidades para diferentes áreas da tecnologia.

Entre as aplicações mencionadas estão:

• filtros capazes de separar diferentes frequências de vibração;
• dispositivos ultracompactos para controle de ondas sonoras;
• sensores mecânicos de alta sensibilidade;
• roteadores para ondas ultrassônicas;
• sistemas capazes de captar energia a partir de vibrações.

Os resultados também podem contribuir para estudos em física quântica e na investigação de fenômenos relacionados à relatividade em novos tipos de materiais.