新發(fā)現(xiàn)：身為縱波，聲波也有自旋

來源：知社學術圈 發(fā)布時間：2019-06-06瀏覽：3253次

新發(fā)現(xiàn)：身為縱波，聲波也有自旋

　　聲波是縱波，所以人們普遍認為聲波不具備自旋。但是不久前科學家發(fā)現(xiàn)，在特定條件下聲波自旋存在。

　　從天體到基本粒子，自旋都是一個重要的基本物理量。對于基本粒子，攜帶半整數(shù)自旋的粒子（比如電子）是費米子，遵循泡利不相容原理；攜帶整數(shù)自旋的粒子（比如光子）是玻色子，遵循玻色-愛因斯坦分布。

　　我們知道，圓偏振光中有旋轉偏振現(xiàn)象，所以光子（亦或是光波）存在自旋。那么聲波也有自旋嗎？

　　聲波是縱波，所以人們普遍認為聲波不具備自旋。但是不久前，來自美國加州大學伯克利分校、美國佐治亞理工學院以及中國同濟大學的合作研究團隊 （石承志教授、趙榮闊博士、龍洋、楊隋博士、汪遠教授、陳鴻教授、任捷教授以及張翔教授）發(fā)現(xiàn)并通過實驗觀測證明，在特定條件下聲波自旋存在。相關成果以 “Observation of acoustic spin”為題發(fā)表于《國家科學評論》（National Science Review， NSR）。

　　研究者在相互垂直的聲波干涉場以及聲柵波導中傳播的漸逝波中觀測到了聲波自旋。在垂直相干的聲波中，每束聲波貢獻了局域速度場中的一個垂直分 量，局域速度場矢量即為聲波的偏振。當局域速度場的兩個垂直分量相位相差90度時，該聲波的偏振發(fā)生旋轉，從而導致了聲波的自旋（如圖所示）。更進一步， 研究者利用這一聲波自旋產生了遙控粒子旋轉的力矩。

　　對于漸逝聲波，聲波自旋與波矢自鎖，使得正自旋波只向右傳播，而負自旋波只向左傳播。此自旋動量自鎖效應對聲通訊極為重要。

　　在聲波自旋未被發(fā)現(xiàn)時，許多有趣的物理現(xiàn)象，比如量子自旋霍爾效應和自旋動量自鎖效應等，都很難在聲波中實現(xiàn)。為了在聲波中實現(xiàn)這些物理效應，人們往往需要付出許多努力以產生聲波贗自旋態(tài)。而此次聲波自旋的突破性發(fā)現(xiàn)將為自旋相關的基礎聲學與物理學研究奠定基礎。

　　該研究由美國海軍研究辦公室MURI項目、美國佐治亞理工學院教授啟動經(jīng)費以及中國國家自然科學基金和國家重點研究項目資助完成。