| Secondary abstract: |
Raziskujemo dinamične lastnosti in potencialne možnosti uporabe ultrazvočnih metatekočin, pri čemer se posebej osredotočimo na suspenzije diskretnih mikroskopskih oscilatorjev. V nasprotju z razširjenim prepričanjem o metamaterialih in kot je že uveljavljeno na področju metatekočin pokažemo, da za metamateriale nista nujni niti periodična razporeditev oz. prostorska koreliranost gradnikov niti njihova natančno osnovana zgradba. Predlagani oscilatorji, ki bi jih bilo mogoče realizirati z objekti, kot so makromolekule ali celo umetno mikroproizvedeni (mikrotiskani) objekti, imajo zaradi svoje diskretne narave edinstven resonančni spekter, ki jih razlikuje od konvencionalnih kontinuumskih objektov. V disertaciji pokažemo, kako se ob prisotnosti teh diskretnih struktur spremenita efektivna stisljivost in gostota medija, ključna parametra, ki določata propagacijo zvočnih valov. Z razvojem modela, ki razkriva načela delovanja metatekočine, najprej z uporabo preprostega prototipa oscilatorja preučimo interakcijo med lastnimi načini, povezanimi s tekočino, in posledičnim akustičnim odzivom. S tem razkrijemo pogoje, pod katerimi lahko oba efektivna parametra dosežeta negativne vrednosti, kar povzroči za metamateriale značilne nekonvencionalne lastnosti širjenja valov. Nato se pomaknemo proti realističnim strukturam, ki vsebujejo visoko gostoto nizkofrekvenčnih “floppy načinov”—resonanc, ki se pojavijo v ohlapno povezanih mikrostrukturah in so značilna lastnost diskretnih oscilatorjev. Prav tako podajamo kratek pregled teorije sipanja, najpogosteje uporabljene metode za teoretično proučevanje kontinuumskih resonančnih struktur v mehki snovi, in jo primerjamo z našim modelom. V nadaljevanju teoretični model podpremo z molekularnimi simulacijami, ki potrjujejo napovedani akustični odziv. Najprej predstavimo izboljšano različico konvencionalne metode analize za prepoznavanje lastnih načinov. Ta omogoča prepoznavanje načinov, ki vplivajo na dinamično gostoto iz toplotnih trajektorij — rezultat, ki s tradicionalnim pristopom ni dosegljiv. V naših simulacijah uporabljamo hibridno metodo, ki združuje molekulsko dinamiko za mikrooscilator z Lattice-Boltzmannovo metodozatekočino. Pri tem se srečamo z izzivom simuliranja tekočine z natančno reprezentirano gostoto, stisljivostjo in viskoznostjo — lastnostmi, ki so ključne za to raziskavo — v okviru izvedljivih računskih časov, zaradi česar uvedemo nov koncept fiktivne tekočine, ki ohranja dinamične učinke interakcije oscilatorja, medtem ko znatno zmanjša računsko zahtevnost. Ta koncept ni strogo omejen na proučevanje metamaterialov in se lahko z določenimi prilagoditvami zlahka uporabi v katerikoli brezdimenzijski raziskavi interakcije dinamičnih objektov s tekočino. |