《科學(xué)通報(bào)》2025年第12期出版“聲學(xué)超材料的發(fā)展專題”，歡迎關(guān)注！

超材料一般是指由人工設(shè)計(jì)的微元所構(gòu)成的經(jīng)典波等效介質(zhì), 可提供自然界無法或較難出現(xiàn)的波動(dòng)性質(zhì). 由于經(jīng)典波的形式多樣、介質(zhì)種類豐富, 所對(duì)應(yīng)的超材料也相應(yīng)形成了一個(gè)個(gè)活躍的研究領(lǐng)域, 部分成果更在近年開始邁入實(shí)用化階段. 聲波是最為常見的經(jīng)典波, 與日常生活、社會(huì)生產(chǎn)、工業(yè)活動(dòng)等幾乎所有領(lǐng)域都息息相關(guān). 因此, 聲學(xué)超材料自誕生以來就一直備受學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注.

普遍認(rèn)為, 聲學(xué)超材料的研究可追溯到文獻(xiàn) [1] , 其發(fā)表距今正好25年. 該文首次提出并闡明了局域共振原理, 并在實(shí)驗(yàn)上展示了其對(duì)控制聲波傳播的重要價(jià)值. 局域共振原理指出, 深亞波長(zhǎng)尺寸的共振結(jié)構(gòu)會(huì)在等效介質(zhì)的尺度(即至少數(shù)個(gè)波長(zhǎng)的尺寸)上顯現(xiàn)出獨(dú)特的聲學(xué)性質(zhì), 如負(fù)等效質(zhì)量密度、負(fù)等效體彈模量等. 這些奇特聲學(xué)性質(zhì)對(duì)聲學(xué)在21世紀(jì)的研究起到了解放思想的作用, 為后續(xù)的諸多基于超材料的聲學(xué)現(xiàn)象、聲學(xué)器件的涌現(xiàn)奠定了基礎(chǔ). 聲學(xué)超材料經(jīng)過20余年的深度發(fā)展后, 不但揭示了豐富的聲學(xué)傳播現(xiàn)象, 提供了諸多新穎的聲波調(diào)控手段, 更帶來了許多新技術(shù)和新思想 [2] . 這些新技術(shù)和新思想先后滲透到多個(gè)新興的研究領(lǐng)域, 助力了拓?fù)渎晫W(xué) [ 3 , 4 ] 、非厄米聲學(xué) [5] 等研究熱潮.

《科學(xué)通報(bào)》組織出版的“聲學(xué)超材料的發(fā)展”專題共收錄7篇文章. 沈平 [6] 撰寫“聲學(xué)超材料: 展望未來”一文, 通過借鑒液晶、納米科技等新興領(lǐng)域的發(fā)展歷程, 展望了聲學(xué)超材料的未來發(fā)展方向. 劉正猷團(tuán)隊(duì) [7] 全面總結(jié)了聲學(xué)超材料取得的多項(xiàng)突破性成就, 并深入介紹了拓?fù)渎晫W(xué)這一新興的凝聚態(tài)和聲學(xué)深度交叉領(lǐng)域的進(jìn)展. 胡更開 [8] 論述了超材料對(duì)固體聲傳播和振動(dòng)調(diào)控的重要意義, 并展望了力學(xué)或彈性超材料的未來發(fā)展. 李勇團(tuán)隊(duì) [9] 介紹了聲能量吸收的基本原理, 總結(jié)了多種現(xiàn)有吸聲超材料技術(shù). 賴耘團(tuán)隊(duì) [10] 總結(jié)了聲學(xué)超材料在通風(fēng)透氣條件下的應(yīng)用和發(fā)展. 何程和陳延峰團(tuán)隊(duì) [11] 報(bào)道了彭羅斯準(zhǔn)周期二維聲學(xué)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的對(duì)稱性保護(hù)的高階拓?fù)鋺B(tài). 梁彬和程建春團(tuán)隊(duì) [12] 通過等效介質(zhì)理論提出了利用含氣泡軟媒質(zhì)產(chǎn)生聲渦旋束的方案.

由于時(shí)間和篇幅有限, 本專題無法對(duì)聲學(xué)超材料豐富的內(nèi)涵和重要的價(jià)值做到面面俱到的介紹. 希望本專題能給相關(guān)研究者以及工程技術(shù)人員提供有益的參考、借鑒和啟發(fā), 進(jìn)一步促進(jìn)聲學(xué)超材料未來在多個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng)新和突破.

專題特邀編輯

馬冠聰香港浸會(huì)大學(xué)物理系教授. 主要從事聲學(xué)超材料、拓?fù)渎晫W(xué)、非厄米系統(tǒng)等研究.

張柏樂 新加坡南洋理工大學(xué)物理系教授. 主要從事復(fù)雜介質(zhì)中的波、超材料、光子晶體與聲子晶體等研究.

劉正猷武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授. 主要從事聲學(xué)超材料、聲子晶體、拓?fù)渎晫W(xué)等研究.

參考文獻(xiàn)

[1] Liu Z, Zhang X, Mao Y, et al. Locally resonant sonic materials. Science, 2000, 289: 1734?1736

[2] Ma G, Sheng P. Acoustic metamaterials: from local resonances to broad horizons. Sci Adv, 2016, 2: e1501595

[3] Ma G, Xiao M, Chan C T. Topological phases in acoustic and mechanical systems. Nat Rev Phys, 2019, 1: 281?294

[4] Xue H, Yang Y, Zhang B. Topological acoustics. Nat Rev Mater, 2022, 7: 974?990

[5] Huang L, Huang S, Shen C, et al. Acoustic resonances in non-Hermitian open systems. Nat Rev Phys, 2023, 6: 11?27

[6] 沈平. 聲學(xué)超材料: 展望未來. 科學(xué)通報(bào), 2025, 70: 1699?1701

[7] 葉莉萍, 陸久陽(yáng), 鄧偉胤, 等. 聲學(xué)超材料和拓?fù)渎曌泳w研究進(jìn)展. 科學(xué)通報(bào), 2025, 70: 1702–1719

[8] 胡更開. 彈性超材料研究進(jìn)展. 科學(xué)通報(bào), 2025, 70: 1720–1735

[9] 周志凌, 王能銀, 陸彤瑋, 等. 吸聲材料新進(jìn)展. 科學(xué)通報(bào), 2025, 70: 1736–1749

[10] 劉晨凱, 劉曉宙, 賴耘. 通風(fēng)聲超材料屏障研究進(jìn)展. 科學(xué)通報(bào), 2025, 70: 1750–1761

[11] 陳昊, 謝建斕, 孫曉晨, 等. 聲學(xué)二維彭羅斯準(zhǔn)晶中的高階拓?fù)鋺B(tài). 科學(xué)通報(bào), 2025, 70: 1762–1771

[12] 王蓉, 趙澄宇, 劉京京, 等. 基于含氣泡軟媒質(zhì)的高純度水下聲渦旋束產(chǎn)生. 科學(xué)通報(bào), 2025, 70: 1772–1781

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