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我校教师在声学超构材料与声场调控领域研究取得重要进展
发布时间:2024-07-31 11:10:58   来源:188平台官网

  近日,我校力学与光电物理学院吴宏伟副教授课题组在声学超构材料与声场调控领域取得重要进展,相关学术成果在Nature Index期刊APL连续发表3篇研究论文。

  声波作为经典波之一,在人们的日常生活和生产中起到了很重要的作用,借助于声学人工微结构和超构材料设计,构造特殊的空间声场分布能轻松实现对声波的传输操控,不但可以改善人们的听觉感知和新奇体验,也可以推动声波在生物医学、传感检测以及信息传输与存储方面的应用。

  斯格明子(Skyrmion)是一种局域在二维平面的三维拓扑矢量场,这种受拓扑保护的准粒子已经在基本粒子、玻色爱因斯坦凝聚态、磁性材料以及光学系统被发现。斯格明子的各种衍生物种类非常之多,这中间还包括:初级斯格明子、嵌套斯格明子、反型斯格明子、半子等等。斯格明子模式的矢量场特殊分布使其有望成为具有高速度、高密度的高效信息载体,对下一代信息处理、存储以及传输技术革新具有重大意义。与基本粒子、凝聚态、磁性材料和光学等物理系统的粒子自旋和矢量场相比,声波一直以来被认为是标量波而不具备矢量特性。近几年,人们通过声学结构表面波和多声束干涉实验揭开了声波速度场的矢量特性,为统一不一样的经典波提供了新的理解。

  基于对声波的矢量特性的理解,我校吴宏伟课题组率先开展了声学斯格明子模式的研究,通过设计具有阿基米德螺旋线型的深度亚波长声学超结构,他们从理论和实验上观察到了奈尔(Néel)型的声学速度场矢量分布(如图1所示),实现对声波信号的数据存储。研究之后发现这种螺旋结构不但可以支持多频率的斯格明子模式,而且具有易激发和样品制作简单等优点。有望成为超紧缩、高密度、低能耗的声波信号存储载体。相关工作发表在Applied Physics Letters122, 022201 (2023)上。

  为了进一步操控斯格明子模式的矢量场分布,该课题组在前面工作的基础上,提出一种梯度超结构方案,通过结构沟槽深度的调控实现了Néel型斯格明子模式内部矢量场的局部调控,产生紧缩或扩张矢量场分布(如图2所示)。通过3D打印实际下凹、平整、和上凸的样品,他们从实验上实际观测到了斯格明子模式的紧缩、平缓和扩张的速度场分布。这种斯格明子模式内部局部操控的方法不仅对Néel型模式,对别的类型的模式也具有同样的调控作用,并且依然保持了斯格明子模式的拓扑保护性。他们的研究结果有效地拓展了操控矢量场的途径,为未来实现高速、高密度信息存储和传输提供了更多调控自由度。相关工作发表在Applied Physics Letters122, 202201 (2023),且该论文被选为Editors Pick(编辑精选)文章(注:Editors Picks serve to highlight articles with excellent scientific quality and are representative of the work taking place in a specific field.)。

  与斯格明子模式的速度场分布操控相比,打破瑞利衍射极限,操控声波压力场传输实现亚波长聚焦有助于实现高分辨率的生物粒子成像。近日,该课题组通过设计人工声学表面波结构产生等效折射率分布呈抛物线型规律的声学波导阵列,实现了声波的深度亚波长聚焦(如图3所示),特别是这种结构产生的聚焦焦斑纵向位置和横向位置还能够最终靠入射波长与入射方向进行调制,为声学成像和生物粒子探测提供了一种高分辨率成像方法。相关工作发表在Applied Physics Letters122, 222202(2023)上。

  《Applied Physics Letters》是美国物理联合会(AIP)旗下标志性期刊,Nature Index(自然指数)首批收录期刊。自然指数是依托于全球顶级期刊,统计各国家高校或科研院所在国际上最具影响力的研究型学术期刊发表论文数量的数据库。该刊物特色鲜明,主要报道应用物理领域的最前沿的重大发现,是国际应用物理领域最具影响力的杂志之一。

  上一条:我校捧得第十届“挑战杯·华安证券”安徽省大学生课外学术科技作品竞赛“挑战杯”下一条:我校教师在《PNAS》上发表文章揭示南亚黑碳污染物跨境传输对青藏高原东南部冰川退缩的影响

  3月14日上午,学校党委在舜耕会堂召开全校传达学习全国两会精神会议暨党委理论学习中心组学习(扩大)会议,传达学习习在全国两会期间的重要讲话精神和全国两会精神,部署我校贯彻落实工作。校党委书记郭永存主持会议并讲话。刚从北京载誉而归的全国人大代表、校党委副书记、校长袁亮院士传达全国两会精神,为师生上专题思政课。校党委副书记、常务副校长余玉刚,校党委常委、副校长董雨,校党委常委、纪委书记、监察...

  10月21日上午,学校在至诚体育场举行2023级学生军训成果汇报暨总结表彰大会,参训学员身着戎装,向军训这堂“大学必修课”,提交了一份满意的答卷。校党委常委、副校长、校军训工作领导组副组长宫能平、董雨、王先江,承训部队驻校首长出席大会。校党委武装部部长方运纪主持会议。会场随着学生方阵摆出“10、9、8、7……”数字倒计时字样,军训汇报表演真正开始。花样操方阵摆出“校徽”“安理”“1945-2023”“78”“团结、奋...

  9月14日上午9时,我校2023级新生开学典礼在至诚体育场隆重举行。10000余名新生怀揣青春梦想,在安徽理工大学开启人生新航程。开学典礼现场淮南市委副书记、淮南市人民政府市长张志强,淮河能源控股集团党委书记、董事长、总经理王世森校友,国务院津贴获得者、全国教书育人楷模、霍邱一中校长杨明生,国家级人才、我校94届煤田地质专业校友潘响亮,校党委书记郭永存,党委副书记、校长袁亮院士,党委常委、副校长宫能平、董...

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