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西安光机所超构材料技术研究获进展

近日,中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室百人计划研究员张鹏与黑龙江大学、华中科技大学、香港理工大学和美国密西根大学等研究单位合作,设计了一种螺旋式超构材料并应用该材料实现了声速减慢和波束相位调控。作为共同第一作者单位,该研究成果于5月20日发表在Nature Communications 杂志上,题目为Implementation of dispersion-free slow acoustic wave propagation and phase engineering with helical-structured metamaterials。
 
  通过设计作为基本构造单元的微结构,超构材料可以实现自然材料所不具备的奇特物理性质(例如负折射和超大折射率等),在电磁领域、光学、声学以及信息能源等领域具有巨大的应用前景。如何有效地减慢波的传播速度,实现对波相位的调控以及增强波与物质间的相互作用,一直是电子、光学以及声学等领域的前沿热点课题。以往所提出的减慢波束的方法大都基于材料的色散或结构的局域共振,因此这些方法仅适用于很窄的波段范围。文章中提出的螺旋式超构材料是通过波阵面在传播过程中的旋转来实现超高的等效折射率,从而极大地减慢波束。该方法不涉及材料的色散和结构的共振,从而可以在很宽的频率范围内工作。同时通过微调基本构造单元的螺旋度,可以轻松实现对波相位在0到2p范围内的调控。利用该超构材料形成的阵列,实验上成功地实现了自加速无衍射波束的产生。
 
  张鹏研究团队主要在光束控制、纳米光子学以及光学显微成像等领域开展相关科研工作,主要研究方向获得1项国家自然科学基金面上项目资助。
 
  文章链接
 
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  螺旋式声学超构材料的示意图(a)和实物图(b)
 
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  超构透镜产生自弯曲声束的实验结果

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