耳语回廊(Whispering Gallery)是1878年Rayleigh爵士在研究伦敦圣保罗大教堂时首次发现的经典声学现象,他发现人在拱廊一侧轻声说话时,声音经由教堂的穹顶,会清晰地传播到另一侧的墙壁,这也是该名称的由来。[1]

应用

“耳语回廊”的物理原理可被用于捕获微弱的声信号,为微弱声信息的传输和探测创造了条件。[1]

研究成果

南京大学物理学院刘晓峻教授和程营教授课题组首次基于碳纳米管(CNT)薄膜的热声效应提出了一种构建等效声学增益介质的新机制,并实现了受拓扑保护的新型非厄米耳语回廊,获得了对不同手性声波回廊模式的精准调控和定向分离。2021年9月29日,相关研究成果以“非厄米拓扑耳语回廊(Non-Hermitian topological whispering gallery)”为题,发表于国际顶尖期刊 Nature(《自然》)杂志。[1]

内容简介

“耳语回廊”的物理原理可被用于捕获微弱的声信号,为微弱声信息的传输和探测创造了条件。另一方面,近年来,在凝聚态物理到人工光子/声子晶体等众多领域中,各种拓扑绝缘体所形成的拓扑边界态受到广泛关注。由于这些拓扑边界态受到拓扑保护而对结构缺陷具有一定的鲁棒性,使得基于拓扑系统的耳语回廊在保密通讯、传感技术等领域中具有巨大的应用前景。目前拓扑系统研究的理论框架主要建立于厄米体系,对非厄米体系拓扑物理的研究正处于探索阶段。一个很自然的问题是:有没有可能在非厄米拓扑物理中发现更加新奇独特的耳语回廊现象呢?从物理上讲,声增益介质的缺失从根本上限制了非厄米声拓扑结构的实现。国际上已有的一维非厄米声学系统均基于传统扬声器模拟构建,这种架构难以支持高维拓扑结构的声场调控。构建更加有效的等效声增益介质,对非厄米拓扑声学的研究是一项重大挑战。研究团队基于CNT薄膜的热声效应提出了一种构建等效声学增益介质的新机制,实验实现了受拓扑保护的非厄米耳语回廊结构,并通过调节实验参量将初基原胞内各单元相位锁定以调控系统的非厄米性,进而选择性地激发出具有不同旋转手性的回廊共振模式,最终将增强放大后的声波耦合输出为高指向性声束。研究团队首先研究了具有理想增益介质层的声子晶体中的拓扑性质。[1]