O som pode ser transmitido através do vácuo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/08/2023

Ilustração das ondas acústicas, representadas pelos fônons, viajando através de um espaço de vácuo.
[Imagem: Zhuoran Geng/Ilari Maasilta]

Som transmitido pelo vácuo

Há três anos, um experimento mudou para sempre os livros didáticos ao mostrar que o calor pode se mover pelo vácuo, atualizando um saber científico secular.

Agora, outra equipe está exigindo uma nova revisão dos livros de física ao demonstrar que o som também pode ser transmitido através do vácuo.

Zhuoran Geng e Ilari Maasilta, da Universidade de Jyvaskyla, na Finlândia, demonstraram que, nas condições adequadas, uma onda sonora pode pular - ou "tunelar" - diretamente através de um vácuo, saltando entre dois sólidos.

O efeito pode ser particularmente forte em condições mais precisas, mas ele vai aparecer, mesmo fraco, bastando que os materiais sólidos utilizados sejam piezoelétricos.

Nesses materiais, as vibrações (ondas sonoras, representadas pelos fônons) também produzem uma resposta elétrica e, como um campo elétrico pode existir no vácuo, ele pode carregar com ele as ondas sonoras, servindo como uma espécie de onda portadora.

"Ondas acústicas (fônons acústicos) são deformações ou vibrações que se propagam através de um meio material. Desta forma, elas não existem no vácuo, levando à conclusão inicial de que é impossível para o vácuo transmitir a energia de uma onda acústica entre dois meios separados. No entanto, na escala atômica, as vibrações dos núcleos [atômicos] podem se propagar por meio de suas interações elétricas através do vácuo," explicaram os pesquisadores.

As ondas elétricas do material piezoelétrico criam ondas evanescentes que permitem o tunelamento dos fônons.
[Imagem: Zhuoran Geng/Ilari Maasilta]

Tunelamento de fônons

Um material piezoelétrico gera um pulso elétrico quando recebe um impacto mecânico ou vice-versa. Assim, uma onda mecânica viajando através desse material leva consigo campos elétricos tão fortes que tornaram os piezoelétricos úteis em inúmeras aplicações, como acendedores de fogões, por exemplo.

O que os pesquisadores demonstraram agora é que, quando a onda mecânica (acústica) chega à borda do material, encontrando uma superfície livre, ela estende um campo elétrico evanescente e decadente (cuja energia decai no espaço percorrido) pelo espaço livre. Se esse espaço for um vácuo, o mecanismo é forte o suficiente para fazer o fônon tunelar pelo vácuo, assim como os elétrons tunelam pelos semicondutores nos transistores.

O requisito é que o tamanho do espaço de vácuo seja menor do que o comprimento de onda da onda sonora. O efeito funcionou não apenas na faixa de frequências de áudio (Hz-kHz), mas também nas frequências de ultrassom (MHz) e hipersom (GHz), bastando ir diminuindo o intervalo de vácuo à medida que as frequências aumentam.

"Na maioria dos casos, o efeito é pequeno, mas também encontramos situações em que toda a energia da onda salta no vácuo com 100% de eficiência, sem nenhuma reflexão. Desta forma, o fenômeno pode encontrar aplicações em componentes microeletromecânicos (MEMS) e no controle de calor," disse o professor Maasilta.

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