实验室成员李勇老师参与项目“声人工结构中的反常声学现象及其调控机理研究”提名2020年度国家自然科学奖二等奖
发布时间：2020-01-07
近日，重点实验室固定成员李勇老师参与项目“声人工结构中的反常声学现象及其调控机理研究”（程建春、梁彬、章东、祝雪丰、李勇）提名为2020年度国家自然科学奖二等奖。
该项目属于物理学中声学学科方向。
由于新概念的引入及新效应的发现，声学学科持续焕发蓬勃生机。虽然声波已被广泛的应用，但简便、高效、精准的声波操控仍然十分困难，存在诸如非对称性传输、低频声吸收和隔离、复杂声场生成等基本难题。人工结构的研究将突破传统声学理论的局限，带来声学技术的原理性变革，催生满足国家重大需求的高新技术。该项目组自2002年起，系统地研究了声波与人工结构的相互作用机理，探究了声人工结构中的各种反常声学现象及其调控机理，提出了实现特殊声波操控的新思路，研制出了突破常规性能极限的新型声学器件，取得了具有广泛国际影响的创新性成果，并极大地拓展了声学技术的应用。重要科学发现点有：
(1) 首次提出并验证了 “声二极管”原理，结合强非线性与声子晶体的滤波机制突破了互易原理制约，成功设计制备了第一个声二极管原型器件，引发了声单向传播研究热潮；提出了基于零折射率材料进行波矢选择的机制，实现了可高效保持传输波形的单向器件。声二极管的实现不仅丰富了声学基础理论，更有望引发重要技术变革，例如Nature综述论文中评论“有望在从医学超声到噪声控制等多个领域中开辟令人激动的全新应用”。
(2) 提出了“非双盲”声隐身斗篷的设计理论，利用互补型单负声学超透镜实现了完美阻抗匹配，解决了被隐身物体无法探听外界的"双盲"问题，显著降低了器件制备难度；提出在亚波长尺度上引入相位突变的机理，在声学体系中实现了“广义”Snell定律，据此设计制备了"声超构表面"原型器件，以小尺寸器件有效操控大波长声波；提出并验证了利用共振引入声学角动量的机理，在器件外形、尺寸及灵活性等方面突破了传统方法局限，为使用集成化器件产生任意阶数声角动量提供了关键支持。
(3) 系统研究了声波与特殊人工带隙结构的作用机制，阐明了纵波和横波与自由边界、周期结构的相互作用机理，揭示了周期薄板中低阶Lamb波禁带的存在性，提出了影响禁带生成的关键参数，并导出了低频弹性波等效声速的解析公式，发现了固体中等效声速的各向异性现象。深化了声波在人工结构中的传播行为研究，为声人工材料的设计和制备提供了理论依据。
8篇代表性论文发表在Nature Mat.及Phys. Rev. Lett.等期刊上，WOS他引1060篇次，引文包括发表在Rev. Mod. Phys.及Nature等期刊的6篇综述性论文，以及35篇发表在Science、Nature及其子刊和Phys. Rev. Lett./X的研究论文。代表性论文1、2、5和6入选ESI高被引论文榜(top 1%)，代表性论文3入选Scientific American的“科学60秒”节目。研究成果多次得到 Nature杂志社、美国物理学会(APS)及声学学会等学术机构专文报道。项目组近期在Nature Rev. Mat. 上以《声超表面》为题发表综述论文。项目成员多次受邀在国内外学术会议做主旨报告和特邀报告。获授权美国专利1项及中国发明专利1项。主要成果获2016年教育部自然科学一等奖，第一完成人程建春由于“声二极管”的研究于2011年获中国物理学会饶毓泰奖。