CAREER: Non-Local Metamaterials and Metasurfaces for Next Generation Non-Reciprocal Acoustic Devices

职业:下一代非互易声学器件的非局域超材料和超表面

基本信息

  • 批准号:
    2340782
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 65.01万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2024
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2024-06-01 至 2029-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

This Faculty Early Career Development (CAREER) award will fund research that enables acoustic metamaterials and metasurfaces leveraging non-local unit cell interactions. The non-reciprocal acoustic devices will enable independent modification of transmitted and reflected waves, with transformative impact in applications such as biomedical ultrasound, ultrasonic imaging, underwater communication, and the design of aerospace structures, thereby promoting the progress of science. This research will establish a novel class of metamaterials and metasurfaces whose constituent unit cells can interact non-locally and implement arbitrary non-reciprocal (i.e., asymmetric) wave behaviors, fundamentally expanding the possibilities for acoustic wave manipulation. These non-local systems achieve non-reciprocal acoustic behaviors in a simpler way than existing methods, shifting the paradigm for how acoustic waves can be used to solve engineering problems. The educational component of the project will focus on the creative manipulation of sound, introducing concepts of noise and vibration control from the research component of the project, to increase student participation in STEM and acoustics. In collaboration with the Stevens Teaching and Learning Center, the project will initiate an “Acoustics Day” outreach program hosted in the Stevens anechoic chamber. The program will host middle school students from the local area, emphasizing the connections between sound, urban environments, and different engineering careers. This research aims to enable complete control over acoustic waves by investigating non-local acoustic metamaterials and metasurfaces that break acoustic reciprocity. Unlike local, phase-delayed interactions, non-local interactions can have a directional bias, resulting in broken symmetry and non-reciprocal behavior. Conventional materials do not interact non-locally; instead, this project will build upon research in acoustic metamaterials and metasurfaces, which use a small-scale repeated unit cell to manipulate wave propagation, reflection, and transmission. This project will shift the paradigm of conventional acoustic metamaterials and metasurfaces through a comprehensive theoretical and experimental investigation of non-local acoustic metamaterials and metasurfaces, leveraging piezoelectric transducers that interact non-locally via electrical circuitry. The results of this research will unlock new types of acoustic phenomena, provide fundamental insight into non-Hermitian physics, and initiate new research directions in acoustic circuits that freely manipulate acoustic waves.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这个教师早期职业发展(CAREER)奖将资助研究,使声学超材料和超表面利用非本地单元格相互作用。非互易声学器件将能够独立修改发射和反射波,在生物医学超声、超声成像、水下通信和航空航天结构设计等应用中产生变革性影响,从而促进科学进步。这项研究将建立一类新的超材料和超表面,其组成单元可以非局部相互作用并实现任意非互易(即,不对称)波的行为,从根本上扩大了声波操纵的可能性。这些非局部系统以比现有方法更简单的方式实现非互易声学行为,改变了声波如何用于解决工程问题的范式。该项目的教育部分将侧重于创造性地操纵声音,从项目的研究部分引入噪声和振动控制的概念,以增加学生对STEM和声学的参与。在与史蒂文斯教学和学习中心合作,该项目将启动一个“声学日”外展计划在史蒂文斯消声室主办。该计划将接待来自当地的中学生,强调声音,城市环境和不同工程职业之间的联系。本研究的目的是通过研究非局部声学超材料和超表面,打破声学互易性,使声波的完全控制。与局部的、相位延迟的相互作用不同,非局部的相互作用可以具有方向性偏差,导致对称性破缺和非互易行为。传统材料不会非局部地相互作用;相反,该项目将建立在声学超材料和超表面的研究基础上,这些材料和超表面使用小规模的重复单元来操纵波的传播,反射和透射。该项目将通过对非局部声学超材料和超表面的全面理论和实验研究,利用通过电路非局部相互作用的压电换能器,改变传统声学超材料和超表面的范式。该研究成果将揭示新型声学现象,为非厄米物理学提供基本见解,并在自由操纵声波的声学电路中开创新的研究方向。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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    $ 65.01万
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