香港大學指,校長張翔在加州大學伯克利分校擔任教授時帶領的科研團隊,成功在聲子晶體中觀察到聲音粒子全透射現象,展示了克萊因隧穿效應的直接實驗證明,而研究結果已在學術期刊Science發表。
香港大學表示,科研團隊通過設計具有線性色散的三角結構聲子晶體,並在聲子晶體中構造異質結,通過聲波激發聲子晶體中具有相對論效應的凖粒子,最終實現了對克萊因隧穿效應的直接實驗觀察。
張翔指發現是激動人心,因為過往利用石墨烯作隧穿媒介的實驗,只能間接觀察隧穿效應,而科研團隊則設計了與石墨烯類似的人工聲子晶體並激發其中的相對論性凖粒子,它與天然材料石墨烯不同,聲子晶體的結構可以自由設計,以精確滿足實驗上的需求,從而保證實驗成功觀測得到克萊因隧穿。
香港大學指,研究結果是基礎物理領域的重大突破,在應用上的影響也非常深遠,例如在聲學通訊中,增大聲波的透射率將有助提高聲學通訊的品質。
復旦大學資訊科學與工程學院青年副研究員江雪是張翔研究團隊成員和論文的第一作者,她指研究結果提供了新平台,讓科學家進一步探索在聲子晶體中凖粒子的拓撲性質,即物體形狀在持續變化下如何維持不變的研究,而成果同時可在生物醫學器件的設計中帶來啟發,應用於精凖超聲波診斷和治療,提高超聲波檢測穿透障礙物到達組織器官等指定標靶點的精確度。
香港大學解釋,理論物理學家Oskar Klein在1929年提出「克萊因隧穿」的理論研究,內容是具備高能相對論效應的粒子在隧穿效應中會呈現不受勢壘寬度和能量高度影響的全透射現象,即勢壘對於粒子來說變得完全「透明」,而這反直覺的理論則被命名為「克萊因隧穿」。(記者 唐信恆)