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Extreme Frequency Conversion from Soliton Resonant Interactions
Physical Review Letters ( IF 8.385 ) Pub Date : 2021-02-19 , DOI: 10.1103/physrevlett.126.073902
Myungwon Hwang; Andres F. Arrieta

We present a metastructure architecture with a bistable microstructure that enables extreme broadband frequency conversion. We use numerical and experimental tools to unveil the relationship between input excitations at the unit cell level and output responses at the macrostructural level. We identify soliton-lattice mode resonances resulting in input-independent energy transfer into desired metabeam vibration modes as long as transition waves are triggered within the metastructure. We observe both low-to-high and high-to-low incommensurate frequency interactions in the metabeams, thus enabling energy exchange between bands 2 orders of magnitude apart. This behavior generalizes fluxon-cavity mode resonance in superconducting electronics, providing a general method to extreme frequency conversion in mechanics. Importantly, the introduced architecture allows for expanding the metamaterials design paradigm by fundamentally breaking the dependence of macroscopic dynamics on the unit cell properties. The resulting input-independent nature implies potential applications in broadband frequency regulation and energy transduction.

中文翻译:

孤子共振相互作用的极端频率转换

我们介绍了具有双稳态微结构的元结构体系结构,该结构能够实现极端的宽带频率转换。我们使用数值和实验工具来揭示晶胞水平上的输入激励与宏观结构水平上的输出响应之间的关系。我们确定了孤子-晶格模式共振,只要在元结构内触发了过渡波,就将输入无关的能量转移到所需的元光束振动模式。我们在元光束中观察到从低到高和从高到低的不相称的频率相互作用,从而实现了相隔2个数量级的波段之间的能量交换。此行为使超导电子器件中的通量-腔模共振泛化,从而为机械中的极限频率转换提供了一种通用方法。重要的,引入的体系结构通过从根本上打破宏观动力学对晶胞属性的依赖关系,扩展了超材料设计范式。由此产生的与输入无关的性质意味着在宽带频率调节和能量转换中的潜在应用。
更新日期:2021-02-19
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