Forskargruppen, ledd av professor Geoff Nash från University of Exeter, har skapat en ny struktur som kan manipulera de extremt frekventa ljudvågorna – även kända som akustiska ytvågor eller "nanobävningar" – när de löper över ytan på ett fast material på ett liknande sätt som jordbävningsskalv på land.
Även om akustiska ytvågor (SAW) utgör en nyckelkomponent i en mängd olika tekniker, har de visat sig vara extremt svåra att kontrollera med någon grad av noggrannhet. Nu har teamet från den naturvetenskapliga institutionen vid University of Exeter utvecklat en ny typ av struktur, känd som en "fononisk kristall", som när den mönstras till en anordning kan användas för att styra och styra nanoskalven.
Forskningen publiceras i den ledande vetenskapliga tidskriften Nature Communications den 2 augusti 2017.
Professor Nash, huvudförfattare till forskningen, säger: "Ytakustiska våganordningar finns redan i en myriad av tekniker, inklusive radarsystem och kemisk avkänning, men utvecklas i allt högre grad för tillämpningar som lab-on-a-chip.
– Lab-on-a-chip-metoder krymper konventionella kemi- och biologilaboratorier till några millimeters storlek, och SAW:er i dessa system kan användas för att transportera och blanda kemikalier, eller för att utföra biologiska funktioner som cellsortering.
– Men fram tills nu har det varit extremt svårt att skapa en struktur som vår som kan användas för att enkelt rikta akustiska vågor på ytan. Vår nya fononiska kristalldesign kan styra nanoskalvningarna med bara en handfull kristallelement, vilket gör det mycket lättare att producera än de som tidigare visats.
"Vi är övertygade om att dessa resultat kommer att bana väg för nästa generation av nya SAW-komponenter, såsom lab-on-a-chip-biosensorer, som förlitar sig på kontroll och manipulation av SAW-nanobävningar. Ännu mer anmärkningsvärt är att det också har föreslagits att dessa strukturer skulle kunna skalas upp för att ge skydd mot jordbävningar.
Den innovativa studien började som ett examensarbete med studenterna Benjamin Ash och Sophie Worsfold, som är två av de fyra författarna till forskningsartikeln. Ben studerar nu för en doktorsexamen i Exeter med professor Peter Vukusic, slutförfattare till artikeln, och professor Nash inom Exeter EPSRC Centre for Doctoral Training in Metamaterials.
Sophie säger: "Att arbeta med Geoff och hans grupp för mitt examensarbete var en av mina favoritdelar av min examen. Även om jag nu utbildar mig till aktuarie använder jag många av de färdigheter jag lärde mig dagligen i min roll, och den självständighet och det självförtroende jag fick har visat sig vara ovärderligt i min karriär. Jag är otroligt glad över att ha fått vara en del av denna banbrytande forskning.
Professor Nash, som är Director of Natural Sciences vid Exeter tillade: "Efter att ha flyttat till Exeter från industrin relativt nyligen, har det varit helt fantastiskt att kunna involvera våra briljanta studenter i min forskning. De tillför energi, entusiasm och ett annat perspektiv och ger ett verkligt och mycket värdefullt bidrag till min grupps forskning.
Naturvetenskap i Exeter är ett innovativt flaggskeppsprogram som är utformat för att utforska de vetenskapliga begrepp som behövs för att förklara den naturliga världen, från nanoskalan till de komplexa systemen i jordens klimat och vårt solsystem.
