上海
按频率对光波进行拆分后，就可以形成彩虹，这套频率分类法同样适用于声波、材料内部振动等各类波动形态。长期以来，研究人员始终难以在材料边角等微小区域之外，生成完整的“声音彩虹”。但近日，研究终于取得突破。相关技术一旦投入应用，有望催生可利用声波处理信息、采集能量的新型器件。
首批捕获并完整拍摄到“声音彩虹”的，是两个中国科学家团队。其中，华南理工大学郑日翌团队成功在硅芯片上捕获了声音彩虹。他们研究发现，成型的声子彩虹可实现弹性波的路径筛选，让弹性波仅能沿彩虹的特定色带传播。
而同济大学陈亚枫团队则在铝制器件中，制备出目前最完整的弹性波彩虹。该团队通过实验拍摄到了完整的弹性波彩虹图像，借助激光照射人耳无法感知的超声波，捕捉振动信号并成像，精准记录下超声波平稳分离、精准定位至预设位置的全过程。
制备弹性波彩虹，需要将表征振动的粒子状量子激发态“声子”，按频率分组，让不同频率的声子固定在不同位置。两支团队均从薄层材料的电子运动规律中获得启发：电子作为量子粒子，在电磁场中会受到约束而定向运动，这一原理被用于声子的精准调控。研究人员对器件进行微观结构优化，设计出微小的三角柱状结构——固体中的振动原本杂乱无章、四处传播，而这种特殊结构能够改变声子的传播速度与行进方向，如同施加电磁场对声子进行引导约束。
希腊雅典国立卡波季斯特里亚大学的科斯马斯·察克马克迪斯是图案化材料控波领域的开创性研究者。他认为，通过改造普通固体的几何结构，打造出能够引导振动的特殊“地形”，相当于在芯片内部构建出了专属的声场电磁、电场环境。“这一理念巧妙新颖，同时具备极高的应用潜力。”
英国伦敦帝国理工学院的塞巴斯蒂安·盖诺表示，该成果与电子物理学紧密相关，有望为量子效应、狭义相对论在新材料领域的研究应用打开新大门。同时，该技术应用前景广阔，可用于研发振动滤波器、超声波路由器、高灵敏度机械传感器、弹性波能量采集装置等新型器件。
不过，英国兰卡斯特大学的亨宁·朔梅鲁斯指出，该技术的应用在短期内还不太能落地。目前的实验器件仍需进一步缩小体积，才能让彩虹结构捕获更多振动能量。对此，陈亚枫回应，其团队正朝着该方向推进研究，相关技术未来有望应用于超紧凑片上声学器件的研发。
原标题：《科学家首次完整拍到“声音彩虹”》
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