卡三研制—— 一種可將聲音集中在角落的新型隔音材料
位于馬德里Juan March基金會(huì)的花園中的作品“ 管風(fēng)琴”（Credit: Dolores Iglesias, Fundación Juan March）
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)EurekAlert!：該研究是凝聚態(tài)物理研究領(lǐng)域的一部分，更具體來(lái)說，制種屬于拓?fù)洳牧戏懂牎磧?nèi)部絕緣但同時(shí)表面導(dǎo)電的聲音固體。該材料的集中角落另一項(xiàng)有意思的特性為“拓?fù)浔Ｗo(hù)。即信號(hào)對(duì)材料的型隔雜質(zhì)或缺陷具有高魯棒性且不敏感。近期不少研究已顯示高階拓?fù)浣^緣體可將能量集中在角落。音材目前卡三和南大的卡研科研人員所做的就是把這個(gè)在量子物理學(xué)已知的現(xiàn)象“轉(zhuǎn)化”為經(jīng)典聲學(xué)從而將聲能集中在角落。該研究結(jié)果于近期在期刊《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）發(fā)表。制種
為了直觀地說明這一過程，聲音研究人員以雕塑家歐塞比奧·森佩雷（Eusebio Sempere）位于馬德里Juan March基金會(huì)的集中角落花園中的作品“ 管風(fēng)琴”為例（見圖）。該雕塑由放置在方形網(wǎng)中的型隔眾多互相間隔幾厘米的空心鋁條組成。早在1995年就有一些西班牙的音材科學(xué)家表示該雕塑可以降噪。
自此，卡研科學(xué)家們進(jìn)行了多項(xiàng)結(jié)合不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制種雙晶體研究，使聲音只能通過兩者之間的聲音接口傳輸。“在這種情況下，我們的研究更近了一步。該研究結(jié)構(gòu)由同心放置的不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的雙晶體聲波組成。這種新的設(shè)置意味著聲音不能通過整個(gè)結(jié)構(gòu)傳輸，而只能聚焦在兩個(gè)晶體之間的角上。每個(gè)角落的聲音強(qiáng)度取決于其物理特性。”項(xiàng)目研究人員之一，卡三物理系的約翰·克里斯滕森（Johan Christensen）表示。
此外，這些理論預(yù)設(shè)已得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并在最近一期的期刊《高等材料》（Advanced Materials）發(fā)布其結(jié)果。“研究除了學(xué)術(shù)影響外，我們預(yù)計(jì)研究成果可用于聚集聲能。”研究人員之一，卡三PHONOMETA項(xiàng)目研究員瑪利亞·羅森多·洛佩斯（María Rosendo López）補(bǔ)充說明。該研究可應(yīng)用于開發(fā)新的波導(dǎo)，即用于引導(dǎo)聲波的物理結(jié)構(gòu)。“我們不需要通過實(shí)體通道，而只要系統(tǒng)學(xué)習(xí)拓?fù)鋵W(xué)就可以獲得波導(dǎo)。聲音傳輸?shù)倪@種情況與過濾驅(qū)動(dòng)應(yīng)用有關(guān)。和以往傳統(tǒng)被動(dòng)的系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)對(duì)缺陷有很強(qiáng)的魯棒性。”瑪利亞表示。
聲電轉(zhuǎn)換是該研究的另一種可能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用。“既然我們可以將聲音集中在角落，那么也可以將聲能集中在角落后轉(zhuǎn)化成電能。”研究人員表示。此外，這些研究成果也可以應(yīng)用于超聲技術(shù)行業(yè)或改善如b超等醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)。
該研究項(xiàng)目是在更廣泛的科學(xué)研究框架項(xiàng)目歐盟2020地平線（編號(hào)GA714577）進(jìn)行并獲得歐盟撥款。項(xiàng)目命名為“聲子學(xué)的前沿：奇偶時(shí)間對(duì)稱聲子超材料”（ PHONOMETA）。該項(xiàng)目目標(biāo)是分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化復(fù)雜聲學(xué)系統(tǒng)運(yùn)行的新一代壓電半導(dǎo)體。
參考書目：
作者：
Zhang, Z. Rosendo López, M. Cheng, Y. Liu, X. Christensen, J. (2019): 《非赫米特聲速二階拓?fù)浣^緣子》Non-Hermitian Sonic Second-Order Topological Insulator. 《物理評(píng)論快報(bào)》122, 195501. doi:10.1103/PhysRevLett.122.19550 卡三電子文檔： http://hdl.handle.net/10016/28492
作者：
Zhang, Z. Long, H. Liu, C. Shao, C. Cheng, Y. Liu, X. Christensen, J. (2019):：《深亞波長(zhǎng)多孔聲二階拓?fù)浣^緣子》Deep-Subwavelength Holey Acoustic Second-Order Topological Insulators. 《高等材料》 2019. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201904682
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