近日，物理科学与工程学院祝捷教授团队在弹性超构材料中实现了兆赫兹频段的弹性朗道彩虹。该研究通过人工合成面外赝磁场和赝电场，使不同频率的超声弹性波在同一结构中停驻于不同空间位置。同时，通过引入非均匀赝磁场，显著拓宽了形成朗道彩虹的零阶平带朗道能级在动量空间中的平带范围。相关研究成果以“Visualization of Elastic Flat Landau Rainbow”为题发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)，并被选为编辑推荐与物理亮点。与此同时，美国物理学会（APS）新闻网站发表了由韩国浦项科技大学首席教授Junsuk Rho撰写的题为“Catching and Guiding an Elastic Rainbow”的观点评述（Viewpoint），对该项研究工作进行了特别报道。

朗道能级最初用于描述电子在外加磁场中产生的量子化局域行为。对于声波、弹性波等经典波而言，由于其不能直接与磁场耦合，研究人员通常需要通过人工微结构设计合成赝磁场，从而在声子晶体和弹性超构材料中构造类似的朗道能级效应，从而实现声波和弹性波的有效局域化。此前，弹性波体系中的朗道能级通常受限于较窄的平带动量空间范围，导致平带的平坦度和工作带宽受限，制约了弹性波的局域化调控效果。同时，由合成赝磁场与赝电场诱导的朗道彩虹在弹性波体系中，尤其是在超声频段，仍缺乏理论及实验研究。针对这一问题，研究团队提出利用非均匀面外赝磁场拓宽零阶平带朗道能级的动量空间范围，并结合赝电场实现弹性平带朗道彩虹，其结构、单胞设计及能带调控特性（如图1所示）。研究团队进一步制备了该弹性超构材料，并利用多普勒激光测振仪扫描其面外振动场，对弹性平坦朗道彩虹进行了实验表征（如图2所示）。   

                 图1、弹性超构材料结构、单胞设计及其能带调控           

图2、弹性平带朗道彩虹的实验验证

该研究首次在弹性超构材料中实现了兆赫兹频段朗道彩虹，并通过实验场扫描直观展示了朗道彩虹驱动下的多路超声能量俘获过程。相比传统边界或角点局域的拓扑彩虹器件，该弹性超构材料可在体区域实现高通量、多频率超声能量俘获，有望服务于集成弹性电路、多路超声信号预处理、片上弹性波器件等应用。

同济大学祝捷教授与祝捷教授团队陈亚枫副教授为论文通讯作者，陈亚枫副教授为论文第一作者。穆罕默德六世理工大学兰智豪助理教授和同济大学博士生温雪昀也对研究作出了重要贡献。该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、香港特别行政区研究资助局及中央高校基本科研业务费资助。

论文链接：https://doi.org/10.1103/rt58-kxy9