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AIP报道程建春课题组在声场旋转方面的最新工作
发布人:佚名 信息来源:本站原创  发布时间:2014年03月05日 点击数量:

2014年2月25日,The American Institute of Physics (AIP)网站报道(作为Highlight)
了物理学院声学研究所程建春课题组在声学超常材料方面的研究工作 (http://www.aip.
org/publishing/journal-highlights/scientists-twist-sound-metamaterials)。该工作
发表在Applied Physics Letters上[Appl. Phys. Lett.104, 083510(2014)],论文第一作
者是南京大学物理学院大四本科生江雪同学,合作通讯作者是由我校派赴美国伊利诺伊大
学香槟分校从事访问研究的梁彬副教授。该工作首次设计出一种简单高效的声场旋转器(
acoustic field rotator),可在宽带范围内对声波波阵面进行有效操控,使波阵面“旋转
”起来,并在实验上成功实现旋转效果。这为实现声场特殊操控提供新的可能,在生物医
学成像和治疗等领域上具有潜在价值。
AIP的报道指出“许多研究工作致力于采用超构材料来实现对声波的特殊操控,例如声学隐
身、声学幻象等。声学旋转器作为一种特殊的声学幻象器件,能够将在其中的声波波阵面
旋转一个特定的角度,这在之前的研究中从未有过”。“该研究组希望利用这种能够自由
调控声波波阵面的声学旋转器实现医疗超声仪器中对声波更加精确的控制,提高超声检测
仪器的分辨率,改善对坏损组织成像和治疗质量”。随后,Science Daily、PHYSORG、
Scientific American、Physicstoday、Nanotechnology、PR Newswire、Science Space
& Robots、RedOrbit、R&D 等多家网站相继转载了AIP对该工作的新闻报道。
变换声学(transformation acoustics)和声学超构材料(acoustic metamaterial)是近年来
科学界的两大研究热点。尽管人们通过变换声学在理论上实现了许多奇特的声学现象,然
而由坐标变换得到的结构参数一般具有很强的各向异性以及非均匀性,在自然界几乎无法
找到符合要求的材料,这为实际应用和推广提出更高的挑战。程建春小组提出一种新的思
路,通过变换声学与声学超构材料的巧妙结合,设计具有各向异性参数的亚波长声学结构
,并首次在理论和实验上实现声场旋转,实验样品和实验结果见图1和图2。由于不存在声学
共振元件,该声场旋转器能够在很宽的频段内有效工作,并能通过调整结构参数灵活控制
旋转角度。声学旋转器的设计具有很大的灵活性,所需的材料参数简单,极大降低了设计
与制备的难度,为声波的特殊操控提供了崭新的设计可能性,因而具有广阔的应用前景。


图1:声波旋转器样品图。

图2:(a)、(b)、(c)分别是3400Hz、5700Hz、6700Hz时仿真和实验结果对比图。右上方是
旋转器中心区域仿真结果的放大图,右下方是相应区域的实验测量结果。
 
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