從17世紀提出胡克定律至今，彈性力學已成為材料💆🏿、結構以及眾多交叉學科的基礎，為建築、機械⚓️、航天等工程交叉領域的發展奠定了基石，並激發了聲子學這一融合了量子材料信息交叉前沿的學科發展🎞。譬如聲表面波濾波器⚽️，已經廣泛運用在了5G微波電子設備、微納機械系統🔗、光力學聲子器件和量子傳感器中。自2018年🚧，物理科學與工程學院聲子中心任捷團隊在理論上揭示了彈性波的內在自旋角動量[PNAS🌜，115，9951(2018)]，彈性波聲子引起了廣泛的研究興趣，為彈性波器件以及聲自旋、光自旋🧚、磁自旋操控器件提供了新的設計思路。但是彈性波聲子自旋角動量本身的直接實驗激勵和測量問題卻一直懸而未決。 

經過四年跨學科的潛心攻關和艱苦努力，物理科學與工程學院和航空航天與力學學院聯合團隊終於用精巧設計的彈性波手性自旋源☂️，實現了選擇性激勵的單向彈性表面波🔈，觀察到了兩類標準彈性波體系（瑞利波和蘭姆波）中的自旋-動量鎖定效應，並首次測量了對應的自旋角動量，證實了我校聲子團隊在2018提出的原創理論預言🌶，為教科書作出了重要補充。在該結構中，簡單有效的四點源激勵方案為成功實現超聲頻段彈性波自旋的選擇性激勵與後續實驗觀察提供了良好條件👒。實驗中使用激光多普勒測振儀測量波傳播的規律🕵🏽‍♂️。11月29日📦，相關研究成果“Observation of Elastic Spin with Chiral Meta-Sources”發表在《自然·通訊》（Nature Communications）上➾。

圖1為彈性波的自旋和自旋源示意圖，其中圖1a展示了瑞利波中的自旋-動量鎖定效應✬。綠色箭頭顯示了界面上向左(k<0)和向右(k>0)瑞利波的位移極化。粗紅色/藍色箭頭表示表面波的正/負自旋角動量，它描述了位移場的局域圓極化狀態。圖1b展示了自旋源中自旋角動量的分布。相位不同的四個輸入信號分別加載到桿1到4上。紅色/藍色表示外部/內部區域中歸一化的正/負彈性自旋角動量。圖1c展示了自旋源中心振動方向隨時間的變化（從左到右）。如黑色箭頭所示📤，在每個周期內🧜🏻‍♂️，四根桿中間的位移矢量旋轉一個周期。圖1d展示了彈性自旋源的輸入五周期正弦調製信號，桿1到4上依次具有π/2相位的延遲🈶🦟。

圖1

圖2展示了源選擇性激勵時自旋-動量鎖定的單向傳輸和彈性波自旋觀察❤️‍🔥。在圖2a中，自旋正的波源激發了向左傳輸的彈性波，在左側測量到的表面上的自旋為正（圖2c）。在圖2b中，自旋負的波源激發了向右傳輸的彈性波，在右側測量到的表面上的自旋為負（圖2d）。在蘭姆波系統中♢，在自旋正的波源激發時，在窄板的前表面（圖2f）和後表面（圖2e）上均觀察到了向左傳輸的彈性波，但對應的自旋極化相反，分別為正（圖2g）和負（圖2h）🛏。

圖2

該研究在金屬板中構造並成功實現了可以選擇性激勵彈性波自旋角動量的波源，並且在瑞利波和蘭姆波中觀測到了與理論相符的自旋-動量鎖定現象🧙🏽‍♀️，有望為新型彈性波器件和自旋調控器件提供新思路。

論文共同第一作者為我校博士研究生袁偉桃、楊晨溫👔，共同通訊作者為趙金峰副教授💆🏻‍♂️、任捷教授👆🏿。潘永東教授、仲政教授🧞‍♂️、陳鴻教授、龍洋博士、張丹妹博士研究生對文章作出了重要貢獻💱。恒达平台為論文唯一完成單位。

近年來，恒达聲子學團隊與合作者在波動自旋領域取得了系列原創性成果👳‍♂️，在《美國科學院院報》《國家科學評論》《自然·通訊》《物理評論快報》等國際期刊上發表了系列重要研究成果🟨。該項工作得到了國家自然科學基金重點項目、面上項目🩲、上海市科委、上海市特殊人工微結構材料與技術重點實驗室等項目資助。（張丹妹）

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-27254-z