■文／徐 飛

自量子霍爾效應發(fā)現(xiàn)以來，拓撲的概念被引入物理學，許多拓撲相相繼被驗證。近幾年，光子晶體、聲子晶體等人工結構的拓撲效應成為拓撲物理的前沿研究陣地，研究成果具有積極且深遠影響。

在聲學領域，聲波操控在醫(yī)療、深海探測、航空航天等領域有重大工程應用和戰(zhàn)略意義，因此高效的操控聲波是現(xiàn)代聲學研究矢志不渝的努力方向。為了研發(fā)聲波操控的關鍵技術，中山大學理學院副教授鄭立洋圍繞波在復雜人工介質中的新奇效應與物理機理開展研究，探索復雜人工介質在新型聲/彈性波功能器件中的應用，收獲系列研究成果。

在南京大學現(xiàn)代工程與應用科學學院碩士畢業(yè)后，鄭立洋遠赴法國勒芒大學攻讀聲學博士學位，圍繞顆粒單層結構中的波動物理與拓撲性質等問題開展研究。在博士后階段，鄭立洋先后在法國國家科學研究中心勒芒大學聲學實驗室、西班牙馬德里卡洛斯三世大學開展研究工作。2020年9月，鄭立洋入選歐盟“Horizon 2020”研究與創(chuàng)新計劃，獲評CONEX-Plus 瑪麗居里學者。

聲拓撲絕緣體的邊界單向傳輸因受拓撲保護而具有對缺陷的魯棒性，在保密通信、傳感技術等領域有巨大的應用前景。然而，當前聲拓撲絕緣體的理論模型嚴重依賴于短管連接的空腔結構。因為通過將空腔看作“聲原子”，短管當成原子間的化學鍵，便可實現(xiàn)聲學版本緊束縛模型，因而直接找到與電子系統(tǒng)相對應的聲拓撲絕緣體。

為了擺脫對短管-空腔結構的依賴，鄭立洋與團隊提出了聲網(wǎng)絡建模理論，摒棄空腔作為“聲原子”的思路，通過將多個聲波導管拼接，簡單緊湊的二維或三維聲網(wǎng)格結構被構造出來。該理論在準確描述聲波的傳播特性的同時確保了很寬的工作頻率帶寬，不僅避免了嚴重的聲能損耗，而且結構緊湊輕巧。他們發(fā)現(xiàn)將該理論與拓撲能帶論結合，聲波的拓撲特性便能夠被細致研究，可為發(fā)現(xiàn)新穎聲拓撲材料提供指導。

在聲束成型與輻射方面的技術，考慮到常規(guī)聲學材料會導致波束能量快速衰減，很難實現(xiàn)可控的準直波束，利用聲拓撲材料及其受拓撲保護的傳輸特點是探索相關技術的有效途徑。基于不同聲拓撲材料的特性，鄭立洋與團隊圍繞拓撲聲輻射與調控機制開展研究，先后提出基于聲拓撲半金屬特定的拓撲能帶色散實現(xiàn)的拓撲聲輻射，以及基于聲拓撲絕緣體與聲學增益介質實現(xiàn)的拓撲聲束定向輻射。研究成果有助于實現(xiàn)多樣化聲場調控，推動聲拓撲材料的工程應用和成果市場化。

此外，彈性波的拓撲效應與調控同樣受到關注。然而由于彈性波復雜的多模式傳輸特點，使得彈性波的調控面臨巨大挑戰(zhàn)。為此，鄭立洋與團隊深入研究了一類新型的人工彈性體材料——顆粒聲子晶體，并探索利用顆粒聲子晶體豐富的動力學特性來設計彈性波拓撲器件的相關技術。經(jīng)過多年的努力與汗水，他們從理論建模、模擬預測到實驗認證三個層面成功構建了顆粒聲子晶體波動力學的科學研究體系，為研究復雜彈性波的傳播與調控提供了工具和手段。

2022年1月，鄭立洋回國并在中山大學理學院擔任副教授，努力結合已有的研究經(jīng)驗以及多年積累的良好國際合作關系，希望能夠組建起“小而精”的智能材料與波功能器件的研究團隊。鄭立洋為自己定下了工作目標，那就是在為大灣區(qū)建設培養(yǎng)和輸送相關人才的同時，積極實現(xiàn)相關成果市場轉化，為實現(xiàn)國家重大關切和滿足市場需求貢獻力量。