Schallisolierung und gigantische lineare Nichtreziprozität in einem kompakten akustischen Zirkulator

Akustische Isolierung und nichtreziproke Schallübertragung sind in vielen praktischen Szenarien sehr wünschenswert. Sie können durch nichtlineare oder magnetoakustische Effekte realisiert werden, jedoch nur zum Preis hoher Leistungspegel und unpraktisch großer Volumina. Im Gegensatz dazu wird die nichtreziproke elektromagnetische Ausbreitung üblicherweise basierend auf dem Zeeman-Effekt oder der modalen Aufspaltung in ferromagnetischen Atomen, hervorgerufen durch eine magnetische Vorspannung, erreicht. Hier stellen wir das akustische Analogon dieses Phänomens in einem subwellenlängen-meta-Atom vor, das aus einer resonanten Ringresonatorhöhle besteht, die durch eine zirkulierende Flüssigkeit vorgespannt wird. Die daraus resultierende Winkelimpulsvorspannung spaltet die azimutalen Resonanzmoden des Rings und erzeugt eine gigantische akustische Nichtreziprozität in einem kompakten Gerät. Wir haben dieses Konzept angewandt, um einen linearen, magnetfreien Zirkulator für luftgetragene Schallwellen zu bauen und konnten eine nichtreziproke Isolation von bis zu 40 Dezibel bei hörbaren Frequenzen beobachten.