2022年3月9日，Physical Review Letters报道了徐亚东教授及合作者在超构表面物理方面的研究新进展。该工作构建和研究了双层相位梯度超构表面，首次在理论上揭示了单向轨道角动量（OAM）转化新机制，并实现了涡旋声场非对称产生及传输。
非对称传输在实现单向器件的关键。为实现光/声的非对称效应，近年来，研究人员探索了许多方法，包括磁光材料、非线性光物理、拓扑光子学等。然而，这些方法主要局限于低自由度的平面波场，很难拓展到更高维度的结构波场，例如，具有OAM的涡旋场。相位梯度超构表面（PGM）具有“内禀拓扑荷”（TIC），可用来产生相位扭曲效应来构建涡旋场。尽管利用超构表面实现光/声涡旋场产生已取得长足的进展，但如何产生非对称响应的涡旋场依旧是个难题。
该工作构建和研究了具有不同ITC的双层相位梯度超构表面，每一层超构表面中多重反射效应可以诱导自由可控的“外禀拓扑荷”（ETC）。ITC和ETC协同作用导致了涡旋场OAM不对称产生、转化，进而实现不对称传输。与以往研究不同，本工作提出的非对称效应不仅表现为单向的能量传输效率而且还体现在非对称的OAM模式上，并且具有ETC保护的稳健性。这一特点是传统相位扭曲方法（如螺旋相位板）所无法实现的。尽管本研究是在声学波导体系中实现的，该方法原则上可拓展至其它诸如光纤等光学波导中。
双层超构表面（PGM）产生非对称声涡旋场的示意图及物理机制。
徐亚东教授为论文的通讯作者；第一作者伏洋洋博士，为徐亚东教授培养的博士研究生，现任南京航天航天大学、长空学者。南京大学卢明辉教授（通讯作者）及课题组给予了实验支持。
文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.104501
