中國粉體網訊  近日，中國科學院西安光學精密機械研究所瞬態(tài)光學與光子技術國家重點實驗室百人計劃研究員張鵬與黑龍江大學、華中科技大學、香港理工大學和美國密西根大學等研究單位合作，設計了一種螺旋式超構材料并應用該材料實現(xiàn)了聲速減慢和波束相位調控。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。

通過設計作為基本構造單元的微結構，超構材料可以實現(xiàn)自然材料所不具備的奇特物理性質（例如負折射和超大折射率等），在電磁領域、光學、聲學以及信息能源等領域具有巨大的應用前景。如何有效地減慢波的傳播速度，實現(xiàn)對波相位的調控以及增強波與物質間的相互作用，一直是電子、光學以及聲學等領域的前沿熱點課題。以往所提出的減慢波束的方法大都基于材料的色散或結構的局域共振，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材料是通過波陣面在傳播過程中的旋轉來實現(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構的共振，從而可以在很寬的頻率范圍內工作。同時通過微調基本構造單元的螺旋度，可以輕松實現(xiàn)對波相位在0到2p范圍內的調控。利用該超構材料形成的陣列，實驗上成功地實現(xiàn)了自加速無衍射波束的產生。

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

螺旋式聲學超構材料的示意圖(a)和實物圖(b)

超構透鏡產生自彎曲聲束的實驗結果