摘要：光子晶体中的结构周期性保证了晶体的有效能带结构，这是拓扑和摩尔物理的基石。然而，大多数流体的剪切模量接近于零，这使得流体维持类似于光子晶体的空间周期性变得具有挑战性。
光子晶体中的结构周期性保证了晶体的有效能带结构，这是拓扑和摩尔物理的基石。然而，大多数流体的剪切模量接近于零，这使得流体维持类似于光子晶体的空间周期性变得具有挑战性。
基于此，新加坡国立大学仇成伟教授（通讯作者）和许国强博士（第一作者），重庆工商大学周雪博士（共同第一作者）等人合作在国际顶级期刊Science上发表了最新的研究成果，文章题为“Hydrodynamic moiré superlattice”。
作者简介
仇成伟，新加坡国立大学院长讲席教授，于2003年获得中国科学技术大学工学学士学位，2007年获得新加坡国立大学博士学位。此后在麻省理工学院物理系做博士后研究。2009年12月加入新加坡国立大学任助理教授，2017年1月晋升为副教授。2018年1月被提升为院长讲席教授。
仇成伟教授曾先后荣获2005年高级电磁学 SUMMA研究生奖学金、2006年IEEE AP-S研究生奖、2008年URSI青年科学家奖、2011年新加坡国立大学青年研究员奖、2012年麻省理工学院TR35@新加坡奖、2013年新加坡国家科学院青年科学家奖、2013年新加坡国立大学青年研究奖、2018年SPIE新锐研究员奖、2018年新加坡国立大学青年工程研究奖、2021年新加坡国立大学工程研究员奖、2021年新加坡物理研究所颁发的世界科学奖章、2022年中国科技期刊卓越行动计划优秀主编奖、2022年全球华人物理和天文学会亚洲成就奖(Robert T. Poe Prize)，他的工作被评选为2020年国际十大物理学突破之一、2021年国际光学重大突破之一。作为海外合作方，其研究工作曾4次入选中国光学十大进展。
仇成伟教授的研究以多维度融合的结构表面和结构光操控而闻名。他在Nature、Science、Light: Science & Applications（简称Light）、eLight等顶级期刊发表了460多篇经同行评议的期刊论文，并于2019-2022连续4年被 Web of Science 评为高被引研究人员。目前，仇成伟教授担任eLight共主编，还曾担任Laser and Photonics Review、Advanced Optical Materials、ACS Photonics、PhotoniX、Photonics Research等多个期刊的编委和顾问。
网址：https://cde.nus.edu.sg/ece/staff/qiu-cheng-wei/
许国强，新加坡国立大学博士后。率先开展了非厄米热宏观热传输系统的理论及实验研究，并进一步推广了动态可调谐热学超构材料系统。相关的研究发表在Nat. Phys., PRL, Nat. Commun., PNAS, Adv. Mater.等学术期刊。
周雪，重庆工商大学副教授，巴渝青年学者，2019年毕业于哈尔滨工业大学获博士学位，主要研究领域包括人工智能热超材料、光谱检测及信号处理等。在Nature Physics, Phys. Rev. Lett., Proc. Natl. Acad. Sci., Composite Structures, Int. J. Heat Mass Trans., Energy Conver. Manage等国际权威期刊上发表论文10余篇，主持国家自然科学基金青年项目1项，重庆市教委重点项目1项，重庆市自然科学基金面上项目1项，重庆市教委项目1项，校级项目2项，横向课题1项。
研究内容
本文通过洛伦兹力驱动的双层流体动力学超材料，在定制位置创造了动态涡旋，并进一步工程化了它们在自由流体表面的周期性排列。在这种情况下，固定位置的流体动力学涡度扮演了每个流体层中晶格点的角色。通过堆叠两层流体动力学层，实现了摩尔超晶格，其中有效的平坦能带表明由于色散关系与动量无关，物理量在流体中的局域化。同时，通过观察其以摩尔图案形成的特征温度场，以及物理量传输中的大量去局域化和局域化，实验性地可视化了这些摩尔超晶格。本文的研究展现了如何创建摩尔平坦能带，以及在流体动力学超材料中意外的能量传输演变，这也解锁了与热、质量、流体流动和电荷扩散相关的一般传输现象的丰富摩尔物理。
首先从一个由单个流体层中四个相邻位点组成的单元结构开始，每个位点代表一个有限体积，用于描述内部流体流动，该体积进一步在单元结构中承载平面内流体涡旋。这些可调涡旋实现了除了静态流体中的扩散性之外，操纵传输现象的对流自由度。然后配置了相邻位点I和II中的交替涡旋，以诱导流体动量的非线性相互作用和耦合，并在单个流体层中产生涡旋分布的平面周期性。当堆叠两个这样的单层流体涡旋时，在流体动力学动量场中出现了具有旋转对称性的底层摩尔超晶格，并导致流体内物理量的层间强耦合。基于两个单层中位点I和II的几何特征，在扭转一定角度后，可以启用两种类型的摩尔图案。
图1：流体动力学涡旋中的摩尔超晶格
图2：由两个堆叠的流体动力学场创建的摩尔超晶格。
图3：摩尔超晶格的可视化。
总的来说，本文报道了流体动力学摩尔超晶格，并揭示了物理量传输中的局域化-去局域化转变。交替的涡旋在电磁流体中实现了平面空间周期性，并创造了用于实现摩尔平坦能带的动态晶格。通过调节单个涡旋强度，实验演示了由摩尔物理引起的显著的局域化-去局域化转变。这种涡旋晶格提供了通过控制传输量和流体之间的晶格对称性、耦合和相互作用来模仿微观量子行为（例如，拓扑、强耦合、铁磁性等）的机会。
文献信息
Guoqiang Xu†, Xue Zhou†, Weijin Chen, Guangwei Hu, Zhiyuan Yan, Zhipeng Li, Shuihua Yang, Cheng-Wei Qiu*, Hydrodynamic moiré superlattice, Science, https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq2329
来源：华算科技
