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近来，同济大学赵金峰、仲政教授与法国索邦大学(Sorbonne Université) Bernard Bonello研究员，里尔一大(Université Lille 1) 教授Bahram Djafari-Rouhani和Yan Pennec合作，在实验研究基于回音壁模式的紧凑波导和理论研究双负（负等效质量密度、负等效弹性模量）弹性超材料方面取得了新的进展。研究成果均发表在Physical Review Applied上，题为Compact Waveguide and Guided Beam Pattern Based on the Whispering-Gallery Mode of a Hollow Pillar in a Phononic Crystal Plate，博士生袁伟桃为第一作者；题为Double-Negative Pillared Elastic Metamaterial，博士生王威为第一作者。
传统上，基于声子晶体的弹性波波导是通过去除完整声子晶体中某一路径上的结构单元以形成缺陷态，从而将波的传播限制在缺陷内部。但这类波导具有品质因子低、传输率低等劣势。此外，研究人员还开发了一类利用共振结构作为缺陷的波导。通过将某一路径上的声子晶体单元替换成其它共振结构(如具有回音壁模式的空心柱)，可以设计出具有较高品质因子和传输系数的波导。但是目前对这类波导的实验研究较少。该论文基于空心柱中的回音壁模式，设计了紧凑波导，从实验上证明了该波导对A0模式Lamb波具有很好的引导效果。同时，作者还从理论上解释了具有回音壁模式的空心柱在波导中的作用机理。
作者使用环氧树脂在铝板上固定空心或实心钢柱构建了所设计的波导。实心声子晶体（红色圈线，结构由实心柱构成）和空心声子晶体（黑色点线，内直径为2.8mm，结构由空心柱构成）的能带结构如图一(a)所示，其晶格常数为6mm，柱高2.4mm，板厚1.5mm，外直径5mm，环氧树脂层厚0.135mm。在实心声子晶体的禁带范围内，空心声子晶体出现了两条新的传播分支（绿色点线、蓝色点线）。绿线和蓝线分支上简约布里渊区X点的归一化总位移场分布分别如图一(b)、(c)，都表现为四极回音壁模式。图一(d)-(g)为新分支上下两侧用五角星、三角形、正方形和圆形分别标记的分支上简约布里渊区X点的归一化总位移场。
论文提出的这些结构可以应用到许多领域。例如，将一个空心柱放置在L型或T形缺陷的拐角处或设计几个空心柱的组合，可以开发出更多可调控的声路。基于回音壁模式还可以实现传感器、通信和成像等多种复杂的功能。对比回音壁模式在光学中的应用，文中所述结构具有广阔的应用前景。
原文引自“两江科技评论”微信公众号。
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