声弹耦合中连续体中的束缚态是可能的

让我们想象一个假设的场景，两个人抓住一根绳子，每人握住一端。人A继续以上下运动方式摇动绳子，从而产生向人B传播的波。现在，如果位于人A和B之间的人C进行与绳子的波是否会被重定向回A人而不是到达B人?

最初，这种情况似乎难以置信，因为人C并未与人A和B握着的绳子进行物理互动，这似乎违背了实现类似于在完美镜子中观察到的100%波反射的可能性。尽管如此，这种现象在物理学领域得到了解释，被称为连续体束缚态(BIC)。

BIC的研究涵盖了量子力学、光学、半导体和纳米光学等多个学科。利用这种现象有助于限制光粒子或光子，防止它们向前传播。此外，BIC有望开发高灵敏度传感器。之前对BIC的研究主要集中在微米级和纳米级背景上，而缺乏使用可见结构来解释这种现象的研究。

近日，由机械工程系和化学工程系博士JunsukRho教授领导的研究团队在上海开展了一项研究。浦项科技大学(POSTECH)机械工程系的候选人DongwooLee、JeonghoonPark和SeokwooKim首次通过利用声弹性耦合结构成功演示了连续体中的束缚态。研究结果发表在《极限力学快报》上。

研究小组设计了一个实验装置，旨在通过声音和弹性的相互作用来验证BIC现象的存在。从制造类似棍子的弹性杆开始，研究小组开始通过振动器在弹性杆中引起振动。随后，在弹性杆上的预定位置注入空气，产生声音和弹性之间的耦合。

实验中，当弹性行波的频率与声腔内产生的共振频率紧密结合时，会产生强烈的相互作用，导致弹性行波的完全反射。本质上，弹性波沿着它来的方向返回，无限地限制在一定的空间内，类似于遇到镜子时观察到的行为，尽管有足够的空间向前传播。虽然许多研究都探索了连续体中束缚态的利用，但这项研究代表了通过弹性和声音的结合揭示BIC现象的第一个实例。

JunsukRho教授强调了研究结果的潜在影响，“这项研究表明声弹耦合的应用可以扩展到振动聚焦和能量存储。”他补充说：“这项研究的结果为多种应用带来了希望，包括开发能够选择性隔离特定频率的滤波器，或改进将动能转化为电能的能量收集方法。”