——南京大学教授卢明辉及其所在的南京大学人工带隙材料研究团队

随着科技的不断进步，传统材料在许多应用领域已经接近其性能极限，不能满足我国发展战略所需。一种通过精心设计微结构来调控材料性能的新兴材料——人工微结构材料，在医学、生物学、电子工程、机械制造等许多领域展现出巨大的应用潜力。

长期以来，一直致力于人工微结构材料研究的南京大学教授卢明辉对人工微结构材料有着很深的科研情结。谈及到人工微结构材料科研背景和其中的重重困难，卢明辉流露出强烈的科研责任感和使命感：“按意愿调控粒子与波的传输，是人类孜孜不倦探索的终极目标之一。但是，粒子与波在传输过程中由于缺陷散射和损耗，极大制约了相关技术的应用与发展。尤其是，随着现代5G/6G通讯和深空探测技术的发展，对高灵敏、高稳定的新型微声器件具有迫切需求。而现有的作为通讯核心组件的可集成声信息处理单元诸如微波声滤波器、振荡器、延时器等存在体积大、频段窄、易干扰、效率低等问题。”诸多发展困境和技术难点，促使着科学家们对人工微结构材料的孜孜以求，其中就包括卢明辉及其所在的南京大学人工带隙材料研究团队。

团队是科研必胜的战斗堡垒。而南京大学人工带隙材料研究团队就是创新突破的成功表率，他们在带头人陈延峰教授的领导下，胸怀国家对新兴材料的战略需求，立足人工微结构材料的设计、制备和应用难点，系统地研究了声波与人工微结构材料相互作用机理，在声学人工微结构材料中探究了许多新奇的现象、效应及其物理机制，提出了声场调控的新思路和新方法，研制了一系列突破常规性能限制的声子品体和声超构材料及器件，取得了一系列具有广泛国际影响力的创新成果，为科技强国贡献了团队智慧。

带隙材料和人工微结构材料到底存在着怎样的关系呢?卢明辉对此研究颇有深度，他 告诉说，两者关系主要体现在人工微结构材料能够通过其独特的结构设计来调控光子的带隙特性，从而实现对新奇物理效应的探索和新型光学器件的发展。话语间，围绕着带隙材料和人工微结构材料，卢明辉徐徐展开了团队科研成果的磅礴画卷。

成果新突破：创新理论成果 发展新一代声学技术

面向科研难点，研究团队基于能带理论的基本概念和方法，对声波的能带色散进行设计、剪裁，探究声波调控的新原理和新效应，研制了新型声学微结构材料和声功能器件。作为国际前沿的科学领域，引领了新一代声学技术的创新发展。

在人工微结构材料的声场调控及异常效应研究方面，团队提出了利用能带交叠实现双折射的理论，为声波分束、声全息提供了新的设计原理。该研究成果“在声子晶体中实现声波双负折射”入选“2007 年度中国基础研究十大新闻”。他们还首次提出了“波矢跃迁”导致声波单向传播的新原理，实现了声波不对称传播的新奇效应，设计并制备了一种新型的声波二极管。该研究成果实现了声波单向传输，揭示了空间反演对称性破缺下声子晶体中声传播的新规律。该研究成果得到了Science 杂志，Physics 杂志，Nature Materials和Materials Today 杂志的亮点报道。声单向传播的实现为声波调控提供了新的思路，也为声信息处理、甚至热声子学的研究开辟了新的方向。

研究团队还在人工微结构材料中发展了拓扑声子能带理论。卢明辉与合作者一起首次实现了人工设计的声1/2 赝自旋，成功研制了声拓扑绝缘体，并观测到声量子自旋霍尔效应，开启了拓扑声学和自旋声学的研究。首次提出并成功实现了面向固体声波的(类)量子自旋霍尔效应、首次实现三维高阶拓扑绝缘体……多个“首次”首创性成果，不仅为拓扑物态的研究提供了比电子系统更干净可控的研究平台，也开启声波调控的新方向，带来了新的应用。

非厄米光学和非厄米声学也是团队的重点研究领域之一。研究团队同样贡献了数个“首创”性成果。利用时空对称性破缺的临界现象，首次在硅基光子芯片中实现了1.55 微米通讯波长的光波的单向模式转换;首次在纯损耗介质硅基波导中实现了光的单向反射。在硅基光子芯片中利用硅波导耦合阵列首次研究了非局域的PT 相变临界点问题，研究了厄米和非厄米光学布洛赫振荡效应，并在非厄米布洛赫振荡的汇聚点首次观察到了明显的空间二次辐射现象，这些研究成果为实现与CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺相容的新一代光子集成器件工艺设计、制备提供了新的原理;它不仅拓展了光子晶体及超构材料的研究领域，还利用人工微结构材料的光学效应验证非厄米系统的量子力学原理提供了新的,可控的实验平台。

转化新应用：推动成果转化 服务重大应用需求

只有实现科技成果转化，才能赋能新质生产力。为此，研究团队在潜心研究光/声超构材料及器件方向的高精尖技术的同时，以重大应用需求为导向开展了科学研究与产学研协同创新，致力于将前沿的科技成果进行转化和应用。

为了推动成果转化，团队组织成立南京市新型研发机构——南京大学光声超构材料研究院。针对工业隔音降噪和高端装备的减振降噪面临的难点问题，研制了低频、宽带和小体积的全新吸声降噪材料，并成功推进声超构材料和光声检测技术在交通载具、电网输运，装备制造声振工程等领域的应用和产品落地，初步形成具有自主知识产权的重大技术创新。同时，还牵头组织了声学超构材料的团体标准制定工作，这是国内外首个该类材料的新标准，为该材料的产业化应用做出了重大贡献。

为满足低频、高灵敏声学矢量探测和潜艇远洋探测需求，团队自主研制了热线式矢量传声器技术，解锁国内空白，并成功应用在汽车NVH产业、交通噪声监测以及航空声学等测量领域。与此同时，他们还在积极联合消费终端公司例如华为等，探索其在视频终端会议系统等消费电子和汽车领域的应用潜力。

研究团队独立开发了基于飞秒激光检测技术的时域热反射法热导率测量技术，基于该技术，又开发了高性能薄膜导热仪设备，并提供材料和器件热性能检测检验技术服务的产业化项目。研发的薄膜导热仪产品能够实现对纳米材料热传导系数和多层薄膜界面热阻的精确测定，在同行业内具有技术领先性和独创性，填补了国内和国际上在该领域的产品空白，使得我国在纳米材料热学性质的测量仪器方面具有国际领先水平。依托该核心技术，团队已成功申请并通过基金委重点项目重大仪器研制项目，为山东大学、中科院半导体所、华东师范大学、华为海思，HGTECH等多家高效科研院所及公司提供技术支持。可以说团队在为国家高功率芯片行业的发展及芯片散热问题解决提供相应的技术支撑方面充分发挥了高校科研院所的创新引领和示范作用，走在创新发展的前列。

科技最强音：建设中国声谷 推动新质生产力

发出科技最强音，让成果转化落地有声。研究团队围绕“产业链、创新链、人才链、资金链”四链融合，走出了一条顶天立地的科技成果转化的新路径。在“苏州·中国声谷”建设中，研究团队依托声学超构材料这一新型的吸隔声功能材料，与上市公司陕西华秦科技有限公司合资成立华秦光声科技有限公司，推动成果产业化落地，为我国大飞机、轨道交通、特高压电网等国家重大项目提供重要的减振降噪材料与技术，为声谷建设提供了重要支撑。

“我们每一个成员在成果转化的路上都是不遗余力，因为只有这样才能让科技释放更强的力量，从而在科技强国的路上迈出的步伐更有份量。”谈到团队在中国声谷项目建设的贡献，卢明辉颇有感触。实际上，在积极推动“苏州·中国声谷”建设项目落地中，卢明辉就担任了声谷核心创新主体国际声学产业技术研究院执行院长。为了促进“苏州·中国声谷”的成功落地，卢明辉就做了大量卓有成效的工作。围绕材料声学、信息声学等产业方向，他从全球引进顶尖创新人才开展技术攻关和技术合作，先后引进两院院士团队3个，发达国家院士团队2个，年新增硕士以上人才100余人;联合南京大学和苏州国家实验室，建成投用涵盖建筑声学，材料声学、电声测试，声品质评估的声学检验检测中心;协助地方政府引进南智芯材、长城诺博音响、深圳航盛电子、中科建声等多个声学产创项目，总投资超270亿元;举办声谷首届声学产业创新发展大会，发起并举办材料声学技术与产业化国际论坛(MATI)、中国首届音品质测评大会和第七届全球声学多孔弹性材料会议(SAPEM)，助力声谷声学创新资源和产业资源的集聚，为“苏州·中国声谷”建设做出了重要贡献，在“苏州·中国声谷”的建设史上写下了光辉的一页。

“物理与材料紧密结合，基础与应用融汇贯通。”面对科研成就，卢明辉一语道破了科研成功的奥秘所在。诚然，在成果的背后凝结了研究团队坚而不摧的科研精神和毅力。相信，在未来领跑前沿科技飞速发展的赛道上，研究团队定会开创出众多“首创”成果，为国家的科技自立自强贡献团队力量。(文/陈伟)

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