Физики из Городского университета Нью-Йорка (США) во время эксперимента запустили волны в камеру неправильной формы, сделанную из особого гиперболического метаматериала. Вместо того чтобы хаотично рассеиваться, колебания сами собой выстроились в четкие, устойчивые и повторяющиеся траектории. Исследователи назвали обнаруженные структуры гиперболическими волновыми аттракторами. Результаты опубликовали в журнале Nature Physics.
Секрет этого явления кроется в необычных свойствах самого гиперболического материала. В обычных средах волна отражается от поверхности под тем же углом, под каким прилетает. Но искусственно созданный метаматериал заставляет колебания распространяться строго вдоль узких заданных направлений. Когда волна сталкивается с наклонной стеной кривой камеры, зеркальная симметрия отражения рушится. В результате каждого нового отскока длина волны постепенно сокращается, а она самоорганизуется в замкнутый устойчивый повторяющийся маршрут, который продолжает существовать независимо от частоты сигнала.
Сформировавшиеся траектории обладают еще одним удивительным свойством — хиральностью, или «закрученностью». В зависимости от формы самой камеры волна выбирает четкое направление движения — строго по часовой стрелке или против нее.
Интересно, что похожий эффект океанологи давно наблюдают в глубинах Мирового океана, где подводные волны взаимодействуют со слоистой толщей воды разной плотности и неровным дном. Однако физикам впервые удалось воссоздать это явление природы прямо на лабораторном столе.
В перспективе такая самоорганизация волн позволит ученым не просто наблюдать за хаосом, а полностью управлять им. Открытие может лечь в основу создания сверхчувствительных биосенсоров, систем аналоговых волновых вычислений и компактных оптических чипов, где световой сигнал сможет передавать информацию практически без потерь.