近日，物科院吴大建教授课题组在声学涡旋波束调控与应用上取得一系列重要突破。我们精心设计了双结构板外部系统来实现声涡旋嬗变。当完全旋转对称被打破为N阶离散对称时，声涡旋与有限阶离散旋转对称之间的相互作用导致其拓扑荷数发生转变。该成果证明了基于被动人工结构的声涡旋嬗变，在粒子操纵和信息复用方面具有广泛的应用，并促进了对自由空间声涡旋的理解和控制。研究结果以“Observation of topological charge transformations in acoustic vortex using passive periodic systems”为题在SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy期刊上发表，文章第一作者是南师大物科院陈帝超老师，吴大建教授和南京大学刘晓峻教授为论文共同通讯作者。SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy是中科院一区期刊。

除嬗变效应以外，非傍轴聚焦声涡旋还具有自旋角动量。课题组提出了一种双螺旋声束，可以实现声自旋控制的轨道旋转。声学自旋-轨道角动量作用有望为超越传统标量自由度的声学操作提供新的视角和能力。我们设计了一个由两组圆孔组成的复合人工结构板，平面声波透过复合人工结构板将产生两个具有不同自旋角动量的非近轴聚焦声涡旋，两者间的同轴耦合可以实现声学自旋控制的轨道旋转。相关结果以“Acoustic spin-controlled orbital rotations in double spiral acoustic beams”为题发表在Communications Physics期刊上。文章第一作者是南师大物科院陈帝超老师，吴大建教授、南京大学程营教授和刘晓峻教授为论文共同通讯作者。Communications Physics是国际物理权威期刊、中科院一区期刊。

此外，课题组在径向自加速声束中引入了不对称贝塞尔的概念，从而成功地推导了在自由空间中传播的声学径向自加速非对称贝塞尔声束的解析表达式。设计了一种刻有阿基米德螺旋缝的人造板结构，用于在现实中产生这种自加速声束。相关成果以“Three-dimensional self-accelerating acoustic beam based on artificial Archimedean-spiral slits”为题发表在Physical Review Applied期刊上。文章第一作者是南师大物科院陈帝超老师，吴大建教授和南京大学刘晓峻教授为论文共同通讯作者。Physical Review Applied是国际应用物理权威期刊、中科院二区期刊。

论文链接：1. //doi.org/10.1038/s42005-024-01702-w

2. //doi.org/10.1007/s11433-024-2506-7

3. //dx.doi.org/10.1103/PhysRevApplied.21.034025