中國粉體網(wǎng)訊  近日，中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國家重點實驗室百人計劃研究員張鵬與黑龍江大學(xué)、華中科技大學(xué)、香港理工大學(xué)和美國密西根大學(xué)等研究單位合作，設(shè)計了一種螺旋式超構(gòu)材料并應(yīng)用該材料實現(xiàn)了聲速減慢和波束相位調(diào)控。作為共同第一作者單位，該研究成果于5月20日發(fā)表在Nature Communications 雜志上，題目為Implementation of dispersion-free slow acoustic wave propagation and phase engineering with helical-structured metamaterials。

通過設(shè)計作為基本構(gòu)造單元的微結(jié)構(gòu)，超構(gòu)材料可以實現(xiàn)自然材料所不具備的奇特物理性質(zhì)（例如負(fù)折射和超大折射率等），在電磁領(lǐng)域、光學(xué)、聲學(xué)以及信息能源等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。如何有效地減慢波的傳播速度，實現(xiàn)對波相位的調(diào)控以及增強(qiáng)波與物質(zhì)間的相互作用，一直是電子、光學(xué)以及聲學(xué)等領(lǐng)域的前沿?zé)狳c課題。以往所提出的減慢波束的方法大都基于材料的色散或結(jié)構(gòu)的局域共振，因此這些方法僅適用于很窄的波段范圍。文章中提出的螺旋式超構(gòu)材料是通過波陣面在傳播過程中的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)超高的等效折射率，從而極大地減慢波束。該方法不涉及材料的色散和結(jié)構(gòu)的共振，從而可以在很寬的頻率范圍內(nèi)工作。同時通過微調(diào)基本構(gòu)造單元的螺旋度，可以輕松實現(xiàn)對波相位在0到2p范圍內(nèi)的調(diào)控。利用該超構(gòu)材料形成的陣列，實驗上成功地實現(xiàn)了自加速無衍射波束的產(chǎn)生。

張鵬研究團(tuán)隊主要在光束控制、納米光子學(xué)以及光學(xué)顯微成像等領(lǐng)域開展相關(guān)科研工作，主要研究方向獲得1項國家自然科學(xué)基金面上項目資助。

螺旋式聲學(xué)超構(gòu)材料的示意圖(a)和實物圖(b)

超構(gòu)透鏡產(chǎn)生自彎曲聲束的實驗結(jié)果