近日，東北大學機械學院楊天智教授與沈陽航空航天大學楊曉東教授課題組聯合新加坡國立大學仇成偉教授團隊，在扭轉摩爾聲學超表面體系相關研究中取得重要突破，相關成果以“All-angle unidirectional flat-band acoustic metasurfaces”為題，發表在國際著名期刊Nature Communications。東北大學機械工程學院為第一完成單位，東北大學博士生韓承霖、范世達及天津大學的周洪濤為共同第一作者，楊天智教授、楊曉東教授和仇成偉教授為共同通訊作者。東北大學李常有教授、南京大學賈雨柔和天津大學李洪柱也對論文作出了重要貢獻。

平帶賦予了諸如強局域化、高準直性和低損耗傳播的穩健渠化等新穎現象。然而，光子或聲振晶格中的空間對稱性保護自然地使平帶成對顯現，并以內在的特定角度排列，從而導致固定的雙向渠化。該研究報道了一種聲振超表面平臺，不僅允許在所有平面內角度上實現單向渠化，還能夠在能帶對齊調節方面實現穩健的可調性。雙層超表面的扭轉角、傾斜角、偏移角可以靈活控制，從而打破平面內和平面外的空間對稱性。這些特性可以將雙層之間的任意扭轉角轉變為“魔角”，同時保持單向渠化和能帶對齊調節的可調性。這項工作可能顯著推動扭曲摩爾物理學和振動力學向更高維度發展，并促進先進聲振器件的應用。

圖1.本文研究框架:具有多重單向渠化的對稱性破缺雙層摩爾平臺。a.具有單向聲傳播的對稱性破缺雙層摩爾平臺示意圖。b.關于平面內和平面外對稱性破缺的演化過程。c-e.在魔角誘導的平帶條件下，雙層摩爾平臺在不同程度的對稱性破缺下的渠化模式。

該研究從理論和實驗上驗證了對稱性破缺摩爾平臺的概念，從而直接克服了雙層配置中固定平帶的局限性。在多重渠化方面，通過破壞平面內對稱性來影響色散的交叉點，進一步破壞平面外對稱性以實現單向渠化。因此，可以在不增加層數的情況下實現可調的單向低損耗傳播。相比于增加層數的方法，這種方法能夠更精確地調控渠化，這對于需要高精度控制的聲振或光學設備的應用至關重要。此外，這種單向平臺在聲隔離、噪聲控制、超聲成像和無損檢測方面具有重要的應用潛力，而單向光學平臺在光隔離、高密度數據存儲以及傳感和檢測領域顯示出了巨大的潛力。這一設計在聲振設備、波動的操控和實際應用中展示了獨特的優勢，大大擴展了雙層平臺的實用性和靈活性。

圖2.單向且可調的渠化。a, c, e,表示雙層平臺在三種不同對稱性破缺級別下的示意圖。b,在不同扭轉角度下的聲壓場和傅里葉譜。d,在不同傾斜角度下的聲壓場和傅里葉譜。f,在相同的偏轉角和不同傾斜角度下的聲壓場和傅里葉譜。

以上工作獲得國家自然科學基金項目、中央高校基本科研業務費項目、國家自然科學基金科學中心項目等支持。