非局域共振型声学超常材料的特性与应用

声学超常材料是指一些具有天然材料所不具备的超常声学性质的人工复合材料，因其新奇的声学性质及诱人的应用前景近年来引起广泛的关注。声学超常材料通常由具有复杂结构的局域共振单元构成。由于共振，这种超常材料通常具有工作频段窄、吸收强等严重缺点。最近我们设计了一种没有引入任何局域共振的声学超常材料(Appl.Phys.Lett.91,203515 (2007))，它简单地由刻有一维周期缝的高声学阻抗材料构成。除了克服上述由共振所带来的缺点外，这种新的非局域共振型声学超常材料可以很容易地提取有效声学参数。本项目中，我们将把这种设计理念推广到物理更丰富、材料参数范围更广的高维系统，系统、深入地探讨非局域共振型声学超常材料的工作原理。通过优化设计，实验制备这种新材料。在此基础上，进一步研究声波在其中新奇的传播特性，如亚波长成像、声学隐身等。本项目的研究有助于提出新概念，预期新应用，具有科学意义。

声学超常材料是指具有天然材料所不具备的异常声学性质的人工复合材料，通常由具有复杂结构的局域共振单元构成。由于共振，这类声学材料通常具有工作频段窄、吸收强等严重缺点。最近，我们设计了一种没有引入任何局域共振的声学超常材料(Appl.Phys.Lett.91,203515 (2007))，它简单地由刻有一维周期缝的高声学阻抗材料构成。本项目中，我们把这种设计推广到物理更丰富、材料参数范围更广的高维系统，深入探讨非局域共振型声学超常材料的工作原理。在此基础上，进一步研究声波在其中新奇的传播特性。在该青年基金的有力支持下，我们顺利完成了预定目标：（1）完整地研究了二维圆柱阵列及其互补结构在低频的传播特性，给出有效材料参数的解析公式；（2）研究了钢-空气-水混合系统的传播特性，基于有效介质理论解释了其反常的透射行为；（3）理论和实验研究了亚波长结构诱导的声表面波特性；（4）理论和实验研究了多组元超常材料结构板以及其他板状系统的声波透射，发现大量新奇的反常透射效应；（5）基于类似的非局域共振机制设计了光学超常材料，并研究其透射特性。迄今为止，基于上述工作我们已经在PRB、APL等著名物理学术期刊上发表研究论文10篇，其中7篇申请人为第一作者或通讯作者。