“研究:声学超材料可制隐形斗篷”

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中国的研究者们制造出可调谐、密度接近零的薄膜超材料，能够比较有效地重建声波的量子隧道效应

声音给人一种穿过密度接近零的薄膜的感觉。 图片来源:刘晓峻/南京大学

声波击中障碍物后散射，可能会导致信号丢失或劣化。 但是，如果有让信号绕过障碍物，就像不存在干扰切断一样的方法呢？ 最近，中国南京大学的科学家们使用聚乙烯薄膜，开发了实现上述效果的材料。

他们的最终产品根据本周在美国物理联盟发表的《应用物理杂志》的论文，是有效密度比较接近零( dnz )的音响“超材料”。 这项事业可能赋予人们传输互联网所梦想的性质，如尖锐角落的高传输、高效的波切分裂、看不见声波等。

南京大学人工微结构科学技术协同创新中心物理系教授刘晓峻说:“这就像‘内部’/ [/k0/]之间的结构消失了一样。”

刘教授说:“我们很好奇能否只用一些小薄膜制造出简单、紧凑、密度接近于零的超材料。” “如果答案是肯定的，我们能使用它进一步操作声波，制造声波隐藏的衣服和其他功能的奇怪设备吗？ ”。

以前，科学家们的模型试图使用螺旋结构和声子晶体实现密度接近零的“狄拉克锥”，这需要很大的物理尺度，通过复杂的几何结构和难度较高的比较有效的方法，使声波在散射圆柱内减速到超低速度。 这是因为限制了这些模型的实用性。

在这篇论文中，提出了一种配置在金属波导的方形光栅内部，厚度为0.125毫米，中间有半径9毫米的孔的聚乙烯薄膜构成的，可以用物理尺度将接近于密度0的超材料最小化的方法。 薄膜的密集共振减少了结构较有效的质量密度，较有效的质量密度是结构对入射声波的动态响应的测量。 根据牛顿第二定律，这种密度的削减会使结构体的平均加速度无限大，从而引起声波隧道。

声波以990赫兹的频率传导，通过薄膜迅速加速后，薄膜成为声波的通道，包围声波进入局部亚波长区域。 这样，声波在传导时不积累相位，波面不扭曲——就像量子隧道效应一样，粒子可以穿过经典力学中无法逾越的屏障。

将来，这种超材料也有可能集成到音响电路和结构中。 研究表明，用于波长分离器时，无论波的入射角如何，能量的传输效率均可提高80%

另外，通过调整薄膜的张力和物理尺寸，还可以调谐超材料的互联网频率，但这在以往的模型中是不可能的。

刘晓峻和他的同事们已经使用这样的膜网制造出了平面双曲镜头，是对通过镜头丢失的手机图像细小细节的声波进行补偿的装置。 可以向科学家们展示物体的细微细节，包括肿瘤和飞机机翼工业检查中的微小缺陷。 传统装置在衍射极限的限制下没有注意到这些细节。 其他应用还包括逻辑门等智能声学结构，可以通过改变声波的传输方向来操作声波，可以应用于以前传输的电子器件和光子结构未被应用的极端环境中的通信系统。

刘晓峻说:“我们的工作证明了使质量密度接近于零不是数学的妙方。” (美国物理联合会张謇)

来源：成都新闻网