安理大，发顶刊！

近日

安徽理工大学

力学与光电物理学院吴宏伟教授等

在声子时间晶体领域取得重要研究进展

成果发表于国际顶尖学术期刊

Nature Communications

（Nature Index期刊）

是该校历史上首篇物理类

自然子刊发表的论文

安徽理工大学为第一完成单位

成果介绍

近日，安徽理工大学力学与光电物理学院吴宏伟教授联合英国埃克塞特大学Jensen Li教授、南京大学彭茹雯教授、王牧教授在声子时间晶体领域取得重要研究进展，研究成果以“Temporal super-cell engineering and acoustic amplification in dispersive phononic time crystals”为题发表于国际顶尖学术期刊Nature Communications（Nature Index期刊），是该校历史上首篇物理类自然子刊发表的论文。安徽理工大学为第一完成单位，力学与光电物理学院已毕业硕士生刘梓凌、在读硕士生张志国以及汕头大学朱星宏博士为该论文的共同一作，研究成果得到安徽省教育厅重大项目、安徽理工大学基础物理中心的资助。

Floquet调制是当前凝聚态、光学、声学等不同物理分支的前沿研究热点，动态周期调制打破了时间平移对称性，拓展了传统空间晶体的研究范式，并带来诸多静态晶体结构所不具备的带结构特征与新奇物理现象，如动量带隙、非互易传输、非共振波放大等。在时间周期调制产生的动量带隙中，通常存在两种Floquet模态，一种随时间指数增长，另一种是衰减模式。虽然近年来人们在微波、弹性波、水波等经典波中开发了多种时变平台来观察动量带隙相关的现象。然而，在光学和空气声中实现快速均匀调制仍极具挑战，对Floquet带结构的操控和多动量带隙打开更是难以实现。

吴宏伟介绍：“与空间声子晶体不同，声子时间晶体的主要特征是材料性质在时间上被周期调制，而不再是空间上的周期调制。由于基本调制原理不同使得声子时间晶体的带隙不是传统的能量带隙而是动量带隙。这种声子时间晶体为调控声波与物质相互作用提供了全新的范式，但是实验实现精准时间调控一直是一个难题。”为此，团队提出了基于电-声元器件设计人工超构原子的方法，突破了传统机械系统的调制效率低、摩擦损耗大、调制速度受限等因素制约，在实验上实现了色散声子时间晶体。通过对人工超构原子的响应函数实时调制，实现了空间匀质化的时变等效材料。基于这一高性能声学实验平台，吴宏伟教授带领团队成员在实验上观察到了动量带隙中的放大透射、辐射放大等声子时间晶体所特有的物理性质。

更值得关注的是，搭建的声子时间晶体平台具有时间调制可重构性，为Floquet带结构操控提供了实验观察的有效途径。类似于空间晶体的带结构折叠，团队在时间晶体中也理论上提出了Floquet带结构的折叠效应以及新带隙的打开，实验上验证了多放大透射现象。吴宏伟强调：“设计的时间超胞使得声子时间晶体不仅保持常规动量带隙（调制频率一半处），还产生了由带折叠引起的新动量带隙（调制频率四分之一处），这个现象是第一次在实验中被观察到。”

期刊审稿人表示：“这项工作是空气声领域第一个基于匀质化时变超材料实验实现动量带隙打开的工作。”吴宏伟表示：“该工作基于人工超构原子搭建的声子时间晶体平台，不仅可以实现Floquet带结构调控工程，也为实现可重构的声学放大器、时域滤波器、拓扑时间晶体器件开辟新的途径。”

吴宏伟，教授，硕士生导师，近年来，主要围绕人工微结构设计的新型超构材料中声、光传输调控等领域开展研究工作，主持国家自然科学基金2项、省部级科研项目6项。以第一作者/通讯作者在国内外权威学术期刊Nature Communications、Advanced Science、Laser & Photonics Review、Physical Review Applied、Physical Review B、Applied Physics Letters等上发表SCI学术论文50余篇，其中Nature Index期刊论文20余篇。受邀兼任Nature Communications、Physical Review B、Applied Physics Letters、Optics Letters、Optics Express等10余种国际SCI期刊的审稿人。

来源: 安徽理工大学微信公众号

编辑 刘晓彤

初审 张明星

二审 孙继奎

三审 迟海波