近日，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授杜江峰領(lǐng)導(dǎo)的研究組在納米力學(xué)研究中取得系列進(jìn)展，使用新方法在實(shí)驗(yàn)上產(chǎn)生了超強(qiáng)非線性效應(yīng)并實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱的振動(dòng)傳播，相關(guān)研究成果分別發(fā)表在《自然-通訊》（Nat. Commun. 7:11517 (2016)）和《物理評(píng)論快報(bào)》（Phys.Rev.Lett. 117, 017701 (2016)）上。

　　納米力學(xué)主要研究納米尺度物質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，有非常廣泛和重要的科研和應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)的力學(xué)系統(tǒng)通常由牛頓力學(xué)描述，而納米力學(xué)可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)力學(xué)體系無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能和動(dòng)力學(xué)特性，近年來(lái)受到了廣泛的關(guān)注。中國(guó)科大研究組最近完成的兩個(gè)工作，包括產(chǎn)生超強(qiáng)非線性效應(yīng)和非對(duì)稱的振動(dòng)傳播，實(shí)現(xiàn)了納米力學(xué)領(lǐng)域的重要進(jìn)展，對(duì)未來(lái)該領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究起到了重要推動(dòng)作用。

　　眾所周知，胡克定律是支配力學(xué)系統(tǒng)的重要規(guī)律，其可以表述為對(duì)于微小的形變，力學(xué)系統(tǒng)的響應(yīng)是線性的。納米力學(xué)的一個(gè)最重要的研究目標(biāo)就是產(chǎn)生強(qiáng)非線性效應(yīng)，之前已經(jīng)有大量的研究工作，利用諸如光-力相互作用、低維力學(xué)材料、超導(dǎo)電路等不同手段，在納米力學(xué)系統(tǒng)中產(chǎn)生了較為顯著的非線性效應(yīng)。然而，其中標(biāo)志強(qiáng)非線性的主要現(xiàn)象——熱非線性區(qū)，尚未實(shí)現(xiàn)。

　　研究人員另辟蹊徑，首次提出了通過(guò)單個(gè)化學(xué)鍵與納米機(jī)械耦合產(chǎn)生非線性的新方法，并在實(shí)驗(yàn)上加以實(shí)現(xiàn)，其非線性響應(yīng)強(qiáng)度比之前報(bào)道的最高指標(biāo)高出一萬(wàn)倍，而且可大范圍精確調(diào)節(jié)。在此基礎(chǔ)上，研究人員首次觀測(cè)到由微弱布朗運(yùn)動(dòng)引起的雙穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)，標(biāo)志著納米力學(xué)系統(tǒng)首次達(dá)到熱非線性區(qū)。該研究進(jìn)展發(fā)表在5月26日的《自然-通訊》上。

　　超強(qiáng)非線性的產(chǎn)生對(duì)開展基于納米力學(xué)的宏觀量子效應(yīng)的研究，以及實(shí)現(xiàn)諸如高頻引力波等極微弱力學(xué)信號(hào)的測(cè)量，都有著重要的意義。審稿人認(rèn)為:“使用靈巧的設(shè)計(jì)解決了困擾該領(lǐng)域研究多年的核心問(wèn)題”，“這一突破性的工作將開創(chuàng)基于同步過(guò)程的精密測(cè)量和信號(hào)調(diào)控、量子物理基本問(wèn)題等研究的新方向”。

　　機(jī)械波是日常生活中最常見(jiàn)到的波，和電磁波類似，其波動(dòng)方程滿足時(shí)間反演對(duì)稱性。正如光路可逆一樣，機(jī)械波的傳播也是可逆的，這一普遍存在的性質(zhì)，其核心原因就是物質(zhì)的微觀結(jié)果滿足時(shí)間反演對(duì)稱性。破壞波傳輸?shù)膶?duì)稱性，不僅可以用于研究特殊的拓?fù)湫?yīng)，而且在實(shí)現(xiàn)高效隱身材料等應(yīng)用方向有著潛在的價(jià)值。相關(guān)研究近年來(lái)在光、電、自旋波等領(lǐng)域都受到了廣泛關(guān)注，然而機(jī)械波的非對(duì)稱傳輸尚未實(shí)現(xiàn)。

　　研究人員在理論上構(gòu)造出了一種新型的人工晶體，其“原子”間的相互作用受外界參數(shù)含時(shí)的調(diào)制，從而晶格的時(shí)間反演被破壞，并產(chǎn)生不再可逆的機(jī)械波傳輸。研究人員構(gòu)造出一個(gè)由九個(gè)“原子”構(gòu)成的晶體，并通過(guò)固態(tài)納米力學(xué)芯片加以實(shí)現(xiàn)，由于機(jī)械波對(duì)應(yīng)于射頻波段，該工作也同時(shí)首次實(shí)現(xiàn)可編程射頻信號(hào)的非對(duì)稱傳輸。該研究進(jìn)展發(fā)表在6月29日的《物理評(píng)論快報(bào)》上。

　　審稿人認(rèn)為，“這個(gè)工作代表了領(lǐng)域內(nèi)當(dāng)前最高的技術(shù)水平，是在該領(lǐng)域研究和應(yīng)用中邁出的重要一步”。

　　上述研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、教育部和中科院的支持。