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Neuer Effekt: Physiker finden Material mit akustischem Gedächtnis

Astronomie|Physik Technik|Digitales

Neuer Effekt: Physiker finden Material mit akustischem Gedächtnis
Amerikanische Physiker waren vollkommen überrascht, als sie einen Kristall aus Lithium-Niobat auf seine Filtereigenschaften für Schallwellen untersuchten: Nachdem in einem Experiment alle reflektierten Töne ausgeklungen waren, sendete ihre Probe plötzlich eine Schallwelle aus. Die Ursache sehen die Forscher in einem „akustischen Gedächtnis“ des Kristalls. Über diesen physikalisch völlig neuen Effekt berichteten sie im Fachblatt Physical Review Letters (Bd. 89, Art. Nr. 115506)

Ein akustisches Tonsignal wird innerhalb des Kristalls gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt wieder ausgesandt, berichten Michael McPherson und seine Kollegen von der University of Mississippi. Dieser „Memory-Effekt“ trat bei hochfrequenten Schallwellen zwischen 16 und 30 Megahertz (MHz) auf. Zwischen Speichern der Schallwelle und erneutem Aussenden vergingen rund 70 Millionstel Sekunden.

Das klingt kurz, ist für Physiker aber lang genug, um andere Phänomene wie eine Reflexion der Welle als Quelle für das Geräusch ausschließen zu können. Bei weiteren Versuchen zeigte sich, das die Struktur des Lithium-Niobat-Kristalls keine Rolle spielte. Einen maximalen Speichereffekt konnten die Forscher bei 26 MHz beobachten. Mit steigender Temperatur nahm die Stärke des Tonsignals ab und verschwand oberhalb von 75 Grad Celsius völlig.

Als Ursache für diesen neuen Effekt vermuten die Physiker eine Strukturänderung der ferroelektrischen Domänen innerhalb des Kristalls, ausgelöst durch die einfallende Schallwelle. Dadurch wird die Energie dieser Welle gespeichert. Erst nach einer physikalisch relativ langen Zeitspanne nimmt der Kristall wieder seine ursprüngliche innere Form an und sendet dabei die gespeicherte Energie in Form einer neuen Schallwelle aus.

Diese Theorie wollen die Wissenschaftler nun mit weiteren Experimenten genauer überprüfen. Eine Anwendung als Tonspeicher halten sie bei der kurzen Zeitspanne für unwahrscheinlich. Doch könnte dieser Effekt vermeintliche Fehlmessungen erklären, die bisher bei der Untersuchung von Lithium-Niobat als wichtige Verbindung für Signalfilter in Mobiltelefonen aufgetreten sind.

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