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光子晶體的結(jié)構(gòu)周期性保證了晶體的有效能帶結(jié)構(gòu)，這是拓撲和摩爾物理的基石。然而，大多數(shù)流體的剪切模量接近于零，使得流體難以維持類似于光子晶體的空間周期性。

2024年12月19日，新加坡國立大學仇成偉教授在國際頂級期刊Science發(fā)表題為《Hydrodynamic moiré superlattice》的研究論文，許國強博士、周雪副教授為論文共同第一作者，仇成偉教授為論文通訊作者。

仇成偉，新加坡國立大學院長講席教授，東盟工程與技術(shù)科學學院院士，美國電磁科學院院士。2003年本科畢業(yè)于中國科學技術(shù)大學，2007年獲得新加坡國立大學博士學位。隨后在麻省理工學院從事博士后研究；2009年加入新加坡國立大學，2010年晉升為教授，2018年晉升為院長講席教授。

仇成偉教授的研究領(lǐng)域為1. 束流物理、牽引光束、以及束流與粒子之間的作用力；2. 硅納米光子學、光力學、硅中的Fano共振；3. 石墨烯超材料/電子學，超材料天線和波導(dǎo)、手性及雙折射材料；4. 光與物質(zhì)的相互作用、等離子體共振和物質(zhì)的光散射；5. 二維材料中的光學。

他在Nature、Science、Light: Science & Applications、eLight等頂級期刊發(fā)表了460多篇經(jīng)同行評議的期刊論文，并于2019-2022連續(xù)4年被Web of Science評為高被引研究人員。

周雪，重慶工商大學副教授。2011年本科畢業(yè)于河南大學，2014年獲鄭州大學碩士學位，2019年在哈爾濱工業(yè)大學獲博士學位，其主要研究領(lǐng)域包括人工智能熱超材料、光譜檢測及信號處理等。在Nature Physics、Phys. Rev. Lett.、Proc. Natl. Acad. Sci.、Composite Structures、Int. J. Heat Mass Trans.、Energy Conver. Manage等國際權(quán)威期刊上發(fā)表論文10余篇。

作者在流體超材料中實現(xiàn)了周期性渦流，并通過堆疊和扭轉(zhuǎn)兩種此類渦旋流體，創(chuàng)建了雙層摩爾超晶格。

當扭轉(zhuǎn)角度分別導(dǎo)致流體摩爾超晶格中的畢達哥拉斯角和非畢達哥拉斯角時，作者觀察到能量的去局域化和局域化。即使在具有大晶格常數(shù)且滿足畢達哥拉斯角的可公度摩爾流體中，也發(fā)現(xiàn)了異常局域化。

該研究報道了流體中的摩爾現(xiàn)象，并開啟了一個新起點，即通過流體摩爾超晶格中渦旋的精細動力學來控制能量傳遞、質(zhì)量傳輸和粒子導(dǎo)航。

圖1：流體動力學渦旋中的摩爾超晶格

圖2：由兩個堆疊的流體動力學場構(gòu)建的摩爾超晶格

圖3：摩爾超晶格的可視化

圖4：物理量傳輸特性的過渡性質(zhì)

綜上，在這篇論文中，作者研究了在流體超材料中實現(xiàn)的周期性渦旋流體，通過堆疊和扭轉(zhuǎn)兩層流體形成了一種雙層摩爾超晶格，并觀察到了能量的局域化和去局域化現(xiàn)象。

結(jié)果表明，通過精確調(diào)控流體中的渦旋動力學，可以在流體摩爾超晶格中控制能量傳輸、質(zhì)量傳輸和粒子導(dǎo)航，為探索和利用流體中的電子和波動現(xiàn)象提供了新的途徑。

該研究開辟了流體中摩爾現(xiàn)象的新領(lǐng)域，展示了通過流體動力學超晶格控制能量和物質(zhì)傳輸?shù)目赡苄?，這對于流體力學、熱管理、質(zhì)量傳輸以及相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。未來有望應(yīng)用在包括微流控系統(tǒng)的設(shè)計、流體混合和反應(yīng)過程的優(yōu)化，以及在生物醫(yī)學和化學工程等領(lǐng)域中。

Guoqiang Xu?, Xue Zhou?, Weijin Chen, Guangwei Hu, Zhiyuan Yan, Zhipeng Li, Shuihua Yang, Cheng-Wei Qiu*,?Hydrodynamic moiré superlattice,?Science,?

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