新突破！我国团队成功实现弯曲波涡旋的跨尺度操控
在一块薄板上“刻”出一个看不见的漩涡，就能让从亚毫米颗粒到厘米级结构件在内的物体，在表面完成捕获、绕行和旋转——而且全程不需要任何电子调控设备。中国科学院声学研究所（以下简称声学所）与合肥工业大学的联合团队最近实现了这一思路，相关研究成果以为“Passive Metasurface Tweezers for Multi-Scale Orbital Transport and Trapping on Elastic Plates”标题，发表在《Advanced Science》上。 Sy|fX_ i
利用结构化波场实现物体的非接触操控，在微机械、微机器人和智能制造等领域具有重要应用价值。具有螺旋相位结构的涡旋波能够携带轨道角动量（orbital angular momentum，OAM），并通过动量传递驱动物体产生旋转和轨道运动。然而，现有复杂涡旋波场通常依赖多通道相控阵列或动态波前调控系统，对电子控制系统复杂度和相位同步精度要求较高。为解决上述问题，中国科学院声学研究所赵流现研究员、杨军研究员团队与合肥工业大学毕传兴教授团队合作，提出了一种基于被动亚波长结构编码的弯曲波涡旋表面操控平台。研究团队采用迷宫型亚波长单元作为局域相位调控载体，将目标涡旋所需的方位相位信息编码于结构空间排布中，在无需电子相位调制的条件下，通过单通道激励即可在薄板中产生具有指定拓扑荷的弯曲波涡旋。 ybLl[K(D=
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被动结构编码弯曲波涡旋产生与物体操控原理 kN (*.Q|VZ
实验测量表明，形成的波场具有明显的方位相位绕转、中心低振幅区域和相位奇点。非均匀振幅分布为表面物体提供径向约束，涡旋波携带的轨道角动量则通过方位动量传递产生切向驱动，两者协同实现物体的局域、轨道输运与旋转操控。实验进一步实现了从亚毫米颗粒、毫米级颗粒到厘米尺度轻质结构的跨尺度表面操控：亚毫米颗粒可在涡旋核心附近局域或在外围持续轨道输运，毫米级颗粒能够围绕涡旋核心进行稳定的有界轨道运动，厘米尺度轻质结构则可在涡旋波场作用下发生持续旋转。 _8x:%$
研究团队还通过改变结构中编码的拓扑荷符号，实现了弯曲波涡旋方位相位梯度及轨道角动量方向的反转，并相应改变颗粒的轨道运动方向，建立了“结构相位编码—轨道角动量—物体运动”之间的对应关系。 Xc"l')1H
该研究建立了“结构预编码—单通道激励—涡旋波场重构”的被动弹性波调控方式，将结构编码弯曲波涡旋从波场产生进一步拓展至实际表面物体操控，为结构化弹性波在表面颗粒输运、微机械驱动及智能结构等领域的研究提供了新的思路。 Qj;wk lq
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弯曲波涡旋跨尺度表面物体操控实验 @@~ OA>^
DOI: 10.1002/advs.77631
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