物理学院 School of Physics, Nanjing University

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物理学院第 201706 期工作简报(2017-6-12)(院办)

2017年06月12日

南京大学物理学院工作简报
第201706期(总第265期)
南京大学物理学院 2017-6-12

 
1、李正中先生著述的《固体理论》(第二版)入选《物理学名家丛书》
近日,《物理学名家丛书》系列出版了8本优秀名家专著。其中,2本为南京大学成果,分别是我校已故著名教授李正中先生著述的《固体理论》(第二版),中国科学院院士、我校天文与空间科学学院孙义燧教授等主编的《现代天体力学导论》。
作为高等教育出版社在“十二五”期间制定的国家重点图书出版计划,《物理学名家丛书》由中国科学院院士冯端先生担任编委会主任,21位物理学著名教授担任编委会委员。入选的名家专著经过严格筛选推荐,都是深受物理学科研工作者和研究生欢迎和广泛使用的优秀教材和科研参考书。
(南京大学新闻网http://news.nju.edu.cn/show_article_1_45806)
 
2、Physical Review X刊登程建春教授课题组关于人工声学扩散体研究的重要进展
最近,我校物理学院声学研究所、人工微结构科学与技术协同创新中心程建春教授和梁彬教授在超薄人工声学扩散体方面的研究取得突破, 最新研究成果以“Ultrathin Acoustic Metasurface-Based Schroeder Diffuser” 为题发表在2017年6月5日的Physical Review X上 [Phys. Rev. X 7, 021034 (2017)]。该工作与北卡罗来纳州立大学景云博士合作,南京大学博士生朱一凡和硕士生范旭东是论文的共同第一作者,南京大学是论文的第一单位。该工作成功设计制备了基于声超表面的人工施罗德扩散体,将传统施罗德扩散体(Schroeder diffuser,SD)的厚度由波长的1/2减小至1/20。
如何高效产生扩散声场是声学领域的重要问题,传统SD是上世纪70年代提出的经典设计,通过按照特殊的数列来设计各个单元的深度,产生了优化可控的漫反射效果。SD目前已经成为成熟的商用产品,不仅广泛应用于建筑声学及噪声控制等重要场合,亦被证明有望在粒子操控、医学成像乃至能量收集等问题中发挥积极作用。然而,传统SD具有厚度大(约半个波长)、表面不平整等缺点,例如对于频率为250Hz的声波(可听声的典型频率),其厚度将达到70cm左右。这些基本问题在近半个世纪的时间里始终制约着其在低频和中频声波操控方面的应用。
程建春课题组提出了利用声学超表面构建人工施罗德扩散体的理论方法,通过重新审视传统SD设计理论,揭示了造成其在器件厚度及几何外形方面受到制约的根本原因是经典声学理论认为声波相位仅能在传播过程中逐渐累积,因而必须通过改变传播路径长度实现表面相位的调制。针对这一难题,基于声学超表面概念提出了通过激发局域共振在亚波长尺度内产生有限大小的传播相位突变的思路,突破了经典理论的局限。传统SD及基于声超表面施罗德扩散体(Metasurface-based Schroeder diffuser, MSD)的结构对比如图1所示,MSD的单元利用超薄的非经典Helmholtz谐振腔构建,其厚度仅为传统SD的1/10。理论推导及数值模拟都证明了可通过单独改变颈口宽度来实现其反射相位在2π范围内的连续操控。通过对近场散射声压场分布和远场散射指向性进行数值模拟及实验测量(图2和3),并利用扩散因子来进行定量表征(图4),证明了基于声超表面的人工施罗德扩散体具有不亚于商业产品的声学性能,同时展现出尺寸超薄、表面平整、重量轻盈、制备简单及用料节省等重要优势。
近年来,声超表面研究尽管已经揭示了大量新奇的物理现象,但尚未成功应用于解决实际声学难题。该工作在声超表面的基础研究和实际应用之间搭建了桥梁,迈出了其走向实用化的第一步,这对于声超材料研究领域具有重大意义。基于新原理构建的超薄扩散体的实现解决了传统SD长期以来在器件尺寸和几何形状方面受到的基本制约,有望在建筑声学及噪声控制等领域带来技术变革,并产生显著的社会效益与经济价值。
该项工作得到国家自然科学基金、南京大学登峰人才计划(B类)和江苏高校优势学科建设工程项目的支持。

图1 传统施罗德扩散体 (左图) 和超薄人工施罗德扩散体 (右图) 的结构示意图

图2 超薄施罗德扩散体, 传统施罗德扩散体和平板的远场散射指向性对比。

图3 超薄施罗德扩散体, 传统施罗德扩散体和平板的声散射场分布对比。上图为实验结果,下图为模拟结果。

图4 优化带宽后的超薄施罗德扩散体 (BMSD) (蓝色)和传统施罗德扩散体 (SD) (黑色) 的归一化扩散因子对比。左图和右图分别为正入射和45度入射情形。 

(南京大学新闻网http://news.nju.edu.cn/show_article_12_45992)
 
3、2016年诺贝尔奖获得者J. M. Kosterlitz教授访问南京大学物理学院
五月的南京,微风习习,初夏的鼓楼,树荫深深,一派欣欣向荣。25日,2016年诺贝尔物理学奖得主J. M. Kosterlitz教授来到鼓楼校区,对物理学院进行了访问。
上午九点半,物理学院李建新院长在物理楼向Kosterlitz教授介绍了物理学院的历史沿革和发展现状。教授对百年物理的传承表现出了极大的兴趣,当他听到物理学院现在有800多位本科生在读时,惊叹地说道:It's amazing! 紧接着,李建新院长、王伯根和吴小山副院长和鞠艳副书记分别就当前国内外物理学习的状况和近十年间学生对于物理学科的兴趣等进行了探讨和交流。大家普遍认为作为物理学领域的工作者,应该积极地创造更多更好的条件,来让投身其中的人得到更多的鼓励和更好的帮助。
会谈结束后,Kosterlitz教授来到科技馆二楼报告厅,开始了题为“Topological Orderand Defects, and Phase Transitions in Two Dimensions”的学术报告。
报告中,Kosterlitz首先总结了1972年之前物理学家关于相变的研究和进展,他重点介绍了朗道相变理论,提到了之前的物理学家用平均场模型来研究序参量和对称性破缺,从而探讨三个维度的相变问题。随后他从朗道模型不能解释二维相变出发,引出了著名的KT相变。紧接着他以超流体和二维固体为例,来从实验上更进一步地证明了二维相变的存在。报告中,Kosterlitz教授用丰富的实验数据和详实的理论分析,充分展示了拓扑学在物理研究中的魅力。最后,Kosterlitz感慨地勉励大家:You should do what you love, because the things you love can make you happy!报告结束后,Kosterlitz教授与在场的同学展开了热烈地讨论和交流。

 
下午三点,Kosterlitz教授不辞辛劳,来到了固体微结构物理国家重点实验室,与在场的近30名同学进行了热烈地交流。同学们就具体的科研学术问题、怎么培养日常的学习能力问题如何保持物理研究的热情等方面,与教授进行了充分细致地交流和讨论。座谈会由吴小山副院长主持,国家“千人计划”入选者、东南大学凌新生教授也参与其中。 
(王寅龙供稿)
 
4、第十七届国际治疗超声研讨会在宁召开
5月31日下午,2017江苏科技论坛医学超声分论坛暨第十七届国际治疗超声研讨会(17th International Symposium on Therapeutic Ultrasound,以下简称ISTU会议)开幕式在金陵饭店亚太商务楼举行。来自18个国家(地区)的105家著名科研院所、临床医院和医疗器械公司的300多名代表注册与会。
ISTU会议是国际医学超声领域的重要系列会议,此次为第3次在中国举办。本届会议由南京大学物理学院、江苏省物理学会、重庆医科大学微无创医学协同创新中心、近代声学教育部重点实验室联合主办,会期3天(5月31日-6月2日)。南京大学物理学院副院长章东教授和重庆医科大学微无创医学协同创新中心主任王智彪教授任会议共同主席。
开幕式由物理学院声科学与工程系系主任屠娟教授主持。在开幕式上,南京大学校长助理濮励杰教授应邀为会议致辞,他代表南京大学对与会代表表示了热烈的欢迎,希望本次会议能够成为南京大学对外学术交流的重要平台。国际治疗超声协会主席、法国郎之万研究所Jean-Francois Aubry教授和会议主席、南京大学物理学院副院长章东教授随后分别为会议致辞。中科院院士张淑仪教授、中科院院士邢定钰教授、英国马斯登皇家医院癌症治疗中心Gail ter Haar教授、物理学院党委书记黄奇教授、声学研究所所长及近代声学教育部重点实验室主任刘晓峻教授、江苏省物理学会副理事长万建国教授等出席了开幕式。
本次ISTU会议不仅展示了生物医学超声领域的最新研究进展,同时也为物理、工程、临床医学界的同行提供了重要的交流合作平台。会议设1个主会场、2个分组报告会场、2个墙报交流会场和1个展览会场。议程包括超声介入血脑屏障、超声硬件系统、超声免疫治疗、超声消融等14个专题的教学与学术研讨;安排口头学术报告104人次、墙报张贴124人次。其中,来自江苏省人民医院的孔祥清副院长、中国科学院深圳先进技研究院的郑海荣研究员、英国帝国理工学院的Wady Gedroyc教授、南京大学物理学院的屠娟教授、加拿大滑铁卢大学的Alfred C. H. Yu教授、日本福冈大学的Katsuro Tachibana教授为大会做主旨报告。包括飞利浦、西门子等在内的25家知名超声医疗器械研发企业在会议现场展示超声诊疗领域的最新科技和工程产品。 
 

 
在3天的会期中,与会代表对高强度聚焦超声无创治疗、超声生物效应、靶向超声载药、超声辅助基因转染、血脑屏障超声干预等议题进行了热烈的研讨。会议于6月2日下午举行了简短而隆重的闭幕式,国际治疗超声协会秘书长Gail ter Haar教授宣布了本届会议获奖学生名单。下一届ISTU会议将于明年5月在美国田纳西州纳什维尔市举行。
(郭霞生供稿)
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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