近日,我院张海啸副教授及合作团队南京大学刘晓峻教授、程营教授课题组,在宇称时间(PT)对称声学研究领域取得了重要进展。他们发现了声学PT对称体系中两类互补的散射特殊点,并利用电热声碳纳米管薄膜首次在实验上实现了两类特殊点处的可控声隐身。相关研究成果以《Manipulation of invisible cloaking in PT-symmetric thermoacoustic dimer》为题于2023年11月16日在线发表在《SCIENCE CHINA-Physics, Mechanics & Astronomy》上。张海啸副教授为论文第一作者,南京大学程营教授、刘晓峻教授为共同通讯作者。
使声波的传播不受障碍物干扰,具有高的传输效率是声学科学和工程的长期追求。最近有工作指出,通过在PT对称性中部署合适的增益损耗分布,可以实现声波通过障碍物的完美传输。本文展示了一种改进的方法,以实现声隐身这一非凡的物理特性,即在散射特殊点实现声波完美传输。研究团队在由一对PT对称导纳超表面及夹在中间等效介质板组成的模型中,系统地揭示了与声隐身相对应的两个散射特殊点互补解。为了模拟自然界中不存在的关键声学增益,研究团队采用了主动控制的超薄碳纳米管薄膜,通过热声效应完美地模拟导纳超表面,并在宽频带内实现了对声隐身任意调控。
进一步的研究发现,此PT对称声学系统中两种互补的散射特殊点恰好可以用来实现声学超前线和声学延迟线。增益的引入,打破物理的因果关系,使鲜少报道的声超前线得以顺利实现。相关成果以《基于PT对称的声波超前/延迟线》为题于2023年11月7日在线发表在《科学通报》上。张海啸副教授为论文第一作者及通讯作者,电气信息工程学院鲍彧博士为共同通讯作者。
上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、省自然科学基金、省“青蓝工程”、省高校自然科学研究项目、常州市科技计划等项目的资助。
张海啸是我校2018年引进的博士,现为电气信息工程学院副教授(校聘三级教授),主要研究方向为复杂介质中的声传播及声信号处理。2021年以来,围绕非厄米声学以及PT对称声学研究课题,已在包括Nature、Physical Review Letters、SCIENCE CHINA-Physics, Mechanics & Astronomy、Physical Review B、Applied physics Letters、《科学通报》等在内的国内外顶级期刊发表论文十余篇。
图1 PT对称声学体系中两类互补的散射EP点
图2 宽频可控声隐身的实验实现
图3 基于PT对称的无损、宽带、时间可控的声波超前/延迟线
(电气信息工程学院 袁洪春/文 张海啸/供图 毛国勇/审核)