超表面对声波的反常折射作用研究

我们将展示一种控制声波反常折射的超表面,这种结构由空间变化的弯曲缝-亚单元组成,厚度处于深亚波长,通过精心优化微观结构,这种设计在控制声波波前方面表现出了优异的性能,我们实验测量的结果与理论预测吻合得很好。这项研究为众多日常生活应用开辟了新的途径,例如通过装上轻而薄的超表面结构来控制室内声场效应。

二维各向异性SSH模型的拓扑性质研究

二维Su-Schrieffer-Heeger(SSH)模型是在拓扑物理领域受到广泛研究的一种模型,具有许多独特的物理性质.它属于高阶拓扑绝缘体,在第二条和第三条能带间会产生具有连续谱束缚态(bound states in the continuum,BICs)性质的角态.本文首先介绍了二维SSH模型的拓扑性质,在此基础上论证了第二条和第三条能带何时会在整个布里渊区上产生能隙.随后,计算了模型的电荷极化分布和电荷密度分布,证明了当x方向上胞内跃迁几率和胞间跃迁几率较大时,x方向的边缘电荷极化激发了y方向的边缘态,反之亦然.同时,边缘电荷极化激发了角上的异常填充,产生了具有良好局域性与鲁棒性的拓扑角态.最后,构建了一种声学谐振腔模型,并证明了该模型可以较好的模拟各向异性二维SSH模型的拓扑性质.

倾斜型和折叠型阵列系统的声学亚波长成像研究

为了实现亚波长成像,我们在理论和实验上验证了倾斜型和折叠型阵列系统的声学亚波长成像调控,其亚波长像斑的分辨率小于波长的十分之一,这大大的打破了Abbe衍射极限。在倾斜型阵列系统中,随着倾斜角度的变化,亚波长像斑的横向位置可以发生变化;而在折叠型系统中,其像斑又可以重新调节到原来的位置,实现了亚波长成像系统中像斑位置的自由调控。并且我们将衰逝波的传播路径由单纯的垂直路径变换成垂直和水平相结合的混合路径,使得像斑在垂直方向上缩短了距离,大大减小了样品系统的厚度。该体系结构简小,形状规则,成像效果佳,更有利于在工业上规模生产与大型声学设备中的器件集成。

声子晶体中的声谷态输运

如同自旋电子学中的自旋,固体中的能谷自由度可视为新的信息载体,从而用于未来的电子器件设计。最近,作者将谷态的概念引入到声子晶体中,揭示其涡旋属性并建立激发选择定则。有趣的是,声谷态可由外部声场直接激发,并通过探测声子晶体内外的声场分布展示其极化特性。这种涡旋手性锁定的谷输运将为人们提供全新的声波操控方式。考虑到声和物质的相互作用,也可预期谷涡旋态的其它新奇应用,如旋转操纵微颗粒等。进一步研究发现,存在两类拓扑非平庸的声谷霍尔相,它们之间的界面可以支持拓扑保护的边缘态。研究表明,该边缘态具备各种新颖的性质,如谷选择性激发、边界拐弯抗反射等。

声学超构材料

2000年报道的具有局域共振带隙的声学材料是声学超构材料的前身,也是最早实现的声学超构材料.同光学、电磁超构材料一样,近年来声学超构材料也引起了许多学者的研究兴趣.文章介绍了到目前为止声学超构材料的主要研究进展,内容包括含共振单元的声学超构材料的负有效声学参数(包括质量密度、体模量等)的实现,以及不含共振单元的声学超构材料的一些有效声学参数的确定等,最后对声学超构材料的可能应用进行了简单展望.

人工结构赝磁场的研究进展

作为人工规范场,赝磁场可像真实磁场一样调控电子动力学,受到了广泛的关注.对于不与磁场响应或者与磁场弱响应的经典波系统,赝磁场提供了一种调控波场的新机制,带来了许多与真实磁场可类比的物理性质,如朗道能级、类量子霍尔效应等.特别地,声学、光学等人工结构材料具有结构可调、易于制备和表征等优良特性,为赝磁场的研究提供了优秀的平台.本文将介绍人工结构赝磁场的研究进展,重点关注赝磁场的构建以及相关的物理性质.