科学家造出空中“声波瓶”

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美国能源部（DOE）劳伦斯伯克利国家实验室科学家新开发出一种在空中制造声波瓶的技术，能让声波路径按预定曲线弯曲。这一技术有着广泛的应用前景，包括超声波成像与治疗、声学隐形、悬浮与粒子操控等。相关论文发表在最近的《自然通讯》杂志上。

声波跟光波类似，都是沿一条直线传播，但其路径会由于反射、衍射或折射而弯曲。超声医学成像、材料检测就是利用了这一原理。比如超材料就是一种能让声波、光波弯曲的人造纳米结构，但这些材料本身的性质限制了它们的应用，尤其在生物学方面。我们想不靠人工介质也能弯曲声波场。劳伦斯伯克利实验室材料科学分部主管张祥（音译）说，我们的瓶子束技术能设计并合成声波瓶，引导声波按设计的曲线通过齐性空间，而无需介质材料或其他任何人工设计材料。

据物理学家组织网8月4日报道，研究小组创造的声波瓶有着三维曲线外壳，由高声压壁包围着内部零压区，瓶子状的声波集中为一束，沿着外壳曲线传播。声波由直径1.5厘米、间隔2.5厘米的扬声器阵列产生，频率为10千赫。

我们的声波瓶束技术能直接用于目前的声学系统，为控制声学能量按需流动提供了新的自由度。论文第一作者张鹏（音译）说。由于声波瓶的高压壁施加了一个拉力，声波不能从瓶内零压区通过，由此可作为一种声学捕获器。而且瓶束不受内部任何障碍影响，当其传播路径被障碍物挡住时，还能自行恢复。研究人员用一根钢棒验证了这一点。

论文合著者李同仓（音译）说，声波瓶束开辟了广泛的新用途，比如接近藏在障碍物后面的目标、声学成像、可通过不均匀媒介的治疗超声波等。它还可用作一种隐身设备，改变声波路径，绕过目标后恢复原状，让声呐系统无法发现目标。

此外，声波瓶束还能用于声驻波三维打印和声悬浮。论文合著者朱杰（音译）说：我们的声波瓶束能带来更稳定、真实的三维图像，声波束沿曲线路径衍射时，其运动更自由。而且与其他声悬浮技术相比，我们还能悬浮更大的三维物体。

论文合著者、研究小组成员杨隋（音译）指出，捕获比半波长更大物体的能力，可让声学瓶束成为材料研究中一种更重要的新工具。这种巨型声波陷阱有望带来化学、材料学、生物科学等各方面的新技术和设备，比如造一个三维瓶状的声波陷阱，把它作为微型化学反应器，控制生物运输设备等。（来源：科技日报 常丽君）