Una estructura compuesta filtra ultrasonidos selectivamente

Una placa de aluminio con agujeros rellenos de mercurio preparada y estudiada en los institutos de Acústica y de Física Aplicada (del CSIC, en Madrid) ha demostrado un principio físico predicho teóricamente hace años: un material puede producir intervalos o bandas prohibidas en determinadas frecuencias de ondas acústicas. La investigación, con perspectivas de aplicación en micromecánica, medicina, etcétera, ha sido presentada por tres científicos españoles en la revista Physical Review Letters."El truco es la combinación de aluminio y mercurio, dos materiales con un alto contraste de densidad y de velocidad de propagación de las ondas", explica Manuel Torres, del Instituto de Física Aplicada. "La velocidad de propagación de las ondas acústicas en el mercurio es mucho más baja que en el aluminio, mientras que la densidad es mucho más alta, más de cuatro veces superior, en el primer material". Pero no basta con combinar estos materiales en la muestra, hay que conferir al sistema una estructura especial de modo que al ser sometido a ultrasonidos las ondas de determinadas frecuencias interfieran entre sí y se anulen, provocando las tan escurridizas bandas prohibidas.

La muestra preparada en los institutos del CSIC es una placa de aluminio de cinco por seis centímetros y uno y medio de altura, en la que los autores de la investigación (Torres, Francisco Montero y Elena Jiménez) practicaron 140 perforaciones de dos milímetros de diámetro que rellenaron de mercurio.

El principio de las bandas prohibidas, que no se había demostrado hasta ahora en ondas acústicas, está en la base de los transistores con las bandas prohibidas en los semiconductores donde no pueden estar los electrones (como ondas de probabilidad), explica Torres. El recuerda que, en el régimen acústico, un grupo español realizó un curioso experimento con una escultura de Sempere que, expuesta a ondas sonoras, manifestaba una atenuación en determinadas frecuencias.

Las bandas prohibidas de ondas acústicas apuntan ya hacia aplicaciones. Se pueden diseñar, por ejemplo, espejos acústicos selectivos que permitan el paso de unas ciertas frecuencias y que reflejen otras, o guías de microondas para dirigirlas en los recorridos deseados sin atenuación. De igual modo actuarían los filtros selectivos para ultrasonidos, con aplicaciones médicas. Torres plantea una sorprendente aplicación, teórica por el momento: proteger a la ciudad de México contra los terremotos. "La ciudad se asienta sobre un lago rellenado de arcilla, que amplifica la onda de los terremotos'.', dice. "Si se construyera en el valle una colosal estructura calibrada para absorber la frecuencia de los terremotos, su onda no entraría en la ciudad".