《科學通報》2025年第12期出版“聲學超材料的發展專題”，歡迎關注！

超材料一般是指由人工設計的微元所構成的經典波等效介質, 可提供自然界無法或較難出現的波動性質. 由于經典波的形式多樣、介質種類豐富, 所對應的超材料也相應形成了一個個活躍的研究領域, 部分成果更在近年開始邁入實用化階段. 聲波是最為常見的經典波, 與日常生活、社會生產、工業活動等幾乎所有領域都息息相關. 因此, 聲學超材料自誕生以來就一直備受學術界和工業界的廣泛關注.

普遍認為, 聲學超材料的研究可追溯到文獻 [1] , 其發表距今正好25年. 該文首次提出并闡明了局域共振原理, 并在實驗上展示了其對控制聲波傳播的重要價值. 局域共振原理指出, 深亞波長尺寸的共振結構會在等效介質的尺度(即至少數個波長的尺寸)上顯現出獨特的聲學性質, 如負等效質量密度、負等效體彈模量等. 這些奇特聲學性質對聲學在21世紀的研究起到了解放思想的作用, 為后續的諸多基于超材料的聲學現象、聲學器件的涌現奠定了基礎. 聲學超材料經過20余年的深度發展后, 不但揭示了豐富的聲學傳播現象, 提供了諸多新穎的聲波調控手段, 更帶來了許多新技術和新思想 [2] . 這些新技術和新思想先后滲透到多個新興的研究領域, 助力了拓撲聲學 [ 3 , 4 ] 、非厄米聲學 [5] 等研究熱潮.

《科學通報》組織出版的“聲學超材料的發展”專題共收錄7篇文章. 沈平 [6] 撰寫“聲學超材料: 展望未來”一文, 通過借鑒液晶、納米科技等新興領域的發展歷程, 展望了聲學超材料的未來發展方向. 劉正猷團隊 [7] 全面總結了聲學超材料取得的多項突破性成就, 并深入介紹了拓撲聲學這一新興的凝聚態和聲學深度交叉領域的進展. 胡更開 [8] 論述了超材料對固體聲傳播和振動調控的重要意義, 并展望了力學或彈性超材料的未來發展. 李勇團隊 [9] 介紹了聲能量吸收的基本原理, 總結了多種現有吸聲超材料技術. 賴耘團隊 [10] 總結了聲學超材料在通風透氣條件下的應用和發展. 何程和陳延峰團隊 [11] 報道了彭羅斯準周期二維聲學結構中出現的對稱性保護的高階拓撲態. 梁彬和程建春團隊 [12] 通過等效介質理論提出了利用含氣泡軟媒質產生聲渦旋束的方案.

由于時間和篇幅有限, 本專題無法對聲學超材料豐富的內涵和重要的價值做到面面俱到的介紹. 希望本專題能給相關研究者以及工程技術人員提供有益的參考、借鑒和啟發, 進一步促進聲學超材料未來在多個領域的創新和突破.

專題特邀編輯

馬冠聰香港浸會大學物理系教授. 主要從事聲學超材料、拓撲聲學、非厄米系統等研究.

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

劉正猷武漢大學物理科學與技術學院教授. 主要從事聲學超材料、聲子晶體、拓撲聲學等研究.

參考文獻

[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. 聲學超材料: 展望未來. 科學通報, 2025, 70: 1699?1701

[7] 葉莉萍, 陸久陽, 鄧偉胤, 等. 聲學超材料和拓撲聲子晶體研究進展. 科學通報, 2025, 70: 1702–1719

[8] 胡更開. 彈性超材料研究進展. 科學通報, 2025, 70: 1720–1735

[9] 周志凌, 王能銀, 陸彤瑋, 等. 吸聲材料新進展. 科學通報, 2025, 70: 1736–1749

[10] 劉晨凱, 劉曉宙, 賴耘. 通風聲超材料屏障研究進展. 科學通報, 2025, 70: 1750–1761

[11] 陳昊, 謝建斕, 孫曉晨, 等. 聲學二維彭羅斯準晶中的高階拓撲態. 科學通報, 2025, 70: 1762–1771

[12] 王蓉, 趙澄宇, 劉京京, 等. 基于含氣泡軟媒質的高純度水下聲渦旋束產生. 科學通報, 2025, 70: 1772–1781

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