Three-dimensional Mid-air Acoustic Manipulation by Ultrasonic Phased Arrays
悬浮技术的本质是抵消重力。已知超声驻波能够在其声压节点处悬浮小颗粒。在传统的研究中，超声束的声轴平行于重力，并且通过控制螺栓连接的Langevin型换能器的相位或频率来沿着固定轴（即，一维地）操纵悬浮物体。在本研究中，我们考虑了扩展的声学操纵，毫米级的颗粒悬浮和移动的三维局部超声驻波，这是由超声相控阵产生的。我们的操纵系统有两个原始特征。一个是超声波束的方向，这是任意的，因为也利用了作用在其中心的力。另一种是操纵原理，即在任意位置产生局部驻波，并通过相对和超声相控阵进行三维移动。我们实验证实，膨胀聚苯乙烯颗粒的直径为0.6毫米和2毫米，可以操纵我们提出的方法。
2013-12-14 physics.class-ph
Laser-guided acoustic tweezers
声镊可以操纵微观物体和细胞，而不依赖于物体或其介质的光、磁和电特性。然而，由于超声波在几毫米内衰减，现有的装置必须在紧邻操纵对象的非常窄的覆盖区中合成复杂且强大的声场。在这里，我们表明，设计的微尺度声镊可以大大简化利用的非线性性质的声捕获力。在我们的实验中，一个无特征的压电晶体涂有光声转换层被击中的电脉冲和空间调制的激光脉冲，以产生同步的电和光声波。这些波之间的干涉产生了比单独的激光脉冲强30倍但具有相同空间信息的混合声捕获力。通过解开空间分辨率和捕获力之间的权衡，长期以来阻碍了声镊的发展，这种场杂交策略为芯片上器官和器官打印中的细胞操作开辟了新的途径。
2022-03-28 physics.class-ph physics.flu-dyn physics.optics
Platonic crystal with low-frequency locally resonant snail structures. Wave trapping, transmission amplification and shielding
我们提出了一种新型的柏拉图晶体。所提出的微结构板包括具有低频谐振的蜗牛谐振器。通过对均匀板和穿孔板的色散特性的比较分析，突出了谐振器的特殊动力学效应。给出了各类驻波的解析和数值估计，并对宏胞进行了分析，表明了获得局部化、陷波和边缘波的可能性。应用包括在由小韧带分开的两个板内的传输放大。最后，我们提出了一个设计过程，以抑制低频弯曲振动的细长板实现旁路系统重新路由波内的机械系统。
2018-02-13 physics.class-ph
Observation of a single-beam gradient force acoustical trap for elastic particles: acoustical tweezers
我们证明了捕获的弹性粒子的大梯度力的一个单一的声束在三维空间。声学镊子可以推拉并精确控制施加在独特颗粒上的位置和力。超过1微牛顿的力施加在亚毫米范围内的聚苯乙烯珠上。要求光束强度小于50瓦/厘米$^2$，以确保无损伤捕获条件。相干超声源覆盖的大频谱频率提供了从宏观到微观长度尺度的各种各样的操纵可能性。我们的观察结果可能为重要的应用开辟道路，特别是在细胞尺度上的生物学和生物物理学以及微流体环境中声学机器的设计。
2015-11-25 cond-mat.soft physics.class-ph
Sound Trapping in an Open Resonator
具有高品质因数（Q因子）共振的极端声能约束的能力对于在生物超声、增强的准直声发射（即声激光）和高分辨率感测中需要高强度和超敏性的声学设备是至关重要的。然而，迄今为止报道的结构表现出有限的声学谐振的品质因数（Q因子），在开放式谐振器中高达几十。连续介质中束缚态的出现使得高Q值声学模的实现成为可能。在这里，我们报告了由单个开放谐振器支持的声学BIC的理论设计和实验演示。我们预测这样的开放式声谐振器可以同时支持三种类型的BIC，包括对称保护BIC，Friedrich-Wintgen诱导的模式干涉BIC，以及一种新的BIC：镜像对称诱导BIC。我们还通过实验证明了所有三种类型的BIC的存在，其Q因子比开放谐振器中报道的最高Q因子大一个数量级。
2021-03-22 physics.app-ph physics.class-ph
Acoustic radiation force and torque on an absorbing compressible particle in an inviscid fluid
本文给出了任意时谐波作用于悬浮在无粘流体中的可压缩吸收颗粒的声辐射力和声辐射力矩的精确公式。认为粒径远小于入射波长，即所谓的瑞利散射极限。此外，这里假设的颗粒吸收是由于压缩波的衰减。颗粒内外的剪切波被忽略，因为颗粒的内、外粘性边界层被假定为远小于颗粒半径。所得到的辐射力公式被用来建立一个基于球形聚焦超声束的单束声镊捕获颗粒的条件。在这种情况下，它示出的粒子吸收在换能器聚焦区域的单光束捕获具有举足轻重的作用。此外，还发现只有一阶贝塞尔涡旋光束才能对小粒子产生辐射力矩。此外，数值计算的辐射力和扭矩施加在苯和橄榄油液滴悬浮在水中，并进行了讨论。
2014-10-01 physics.class-ph
Dynamics of an acoustically trapped sphere in beating sound waves
聚焦的声驻波为小球产生胡克势阱，并能克服重力使其稳定悬浮。将捕获的球体暴露于第二横向行进的声波施加额外的声学力，该声学力驱动球体远离其机械平衡。驱动力通过驻陷波和行进驱动之间的干涉成形。此外，如果行波与驻波失谐，则驱动力以差频振荡。然而，波驱动谐振子的行为远不像教科书上的驱动谐振子，相反，它表现出非常丰富的动力学行为，这些行为是由驱动力的空间依赖性引起的。这些包括在谐波和次谐波的驱动频率，周期加倍路线的混乱和斐波那契级联振荡。因此，该模型系统示出了基于声场的频谱控制而不是空间控制的动态声学操纵的机会。
2020-08-29 cond-mat.soft physics.class-ph
Acoustic forces near elastic substrate
本文利用格林函数方法研究弹性基底界面声散射对粒子的声学力影响，发现泄漏瑞利波可显著改变声压力与粒子平衡位置，并影响双粒子声学束缚构型，为通过表面波激发实现微物体声学操控提供了新方法。
2024-11-23 physics.class-ph
Fast acoustic tweezers for the two-dimensional manipulation of individual particles in microfluidic channels
本文提出了一种微流体装置，实现了驻波表面声波，以处理单细胞，液滴，一般颗粒。通过驻波阵列的二维漂移，使用两个超声发射器在其谐振周围的轻微频率调制，以非常受控的方式移动颗粒。这些声学镊子允许任何类型的运动速度高达几个10毫米/秒，而设备的透明度是适合光学研究。自动化的可能性为芯片实验室细胞分选仪的发展提供了关键的一步，它应该在生物学、化学和工程领域得到应用。
2012-11-13 physics.class-ph physics.flu-dyn
Enhanced sensing and conversion of ultrasonic Rayleigh waves by elastic metasurfaces
近年来已经预示着引入超表面，其有利地将亚波长波操纵的视觉与与表面激发相关联的设计、制造和尺寸优势相结合。超颖表面中的一个重要课题是使用渐变超颖表面的电磁波和声波的定制彩虹捕获和选择性空间频率分离。这种频率相关的捕获和空间频率分离对能量集中器和相关的能量收集、感测和波滤波技术具有影响。声学和电磁彩虹设备的不同演示已经进行，但不支持剪切波和压缩波，以及表面瑞利波的深弹性基板;这些不仅允许瑞利波彩虹效应存在，而且还允许从表面到体波的模式转换。我们设计并实验测试了一种装置，该装置不仅能产生弹性瑞利波彩虹捕获，而且能将表面瑞利波选择性地转换为横波。
2017-03-20 physics.class-ph
Planck-Einstein-de Broglie relations for wave packet: the acoustic world
本文研究了波包的Planck-Einstein-deBroglie型关系。我们假定波包是粒子的一种可能模型。当研究驻波的波包的行为时，相对于加速观测器（即Rindler观测器），可以证明波包的等效质量是惯性质量。在我们的方案中，波和波包由介质中诱导/产生的应变来描述。波的性质、波包的性质以及物质介质中的扰动的性质都表明存在着声学世界。声学世界具有机械和化学性质。在介质中产生和传播的扰动通过具有最大速度的声波进行相关。这个充满干扰的世界（即声学世界）的观察者拥有基于机械波（任何类型的干扰）感知的感官，以及通过相同类型的波检测和获取信息的设备。时间和长度测量（以及其他参数）通过洛伦兹类型变换相关，其中最大速度是声波的速度。将这些变换应用于驻波包，结果是能量、质量、线动量和作用量/作用量变量经历相对论性变化。我们强调的事实是，能量和动量之间的动态相对论关系是粒子的波包模型的后果。我们还强调了扰动能量和相应作用变量的某些极限的存在。
2016-10-20 physics.class-ph
Graded quasiperiodic metamaterials perform fractal rainbow trapping
本研究将梯度超材料的彩虹捕获与准周期波导的分形谱结合，通过梯度切割-投影算法制备出可实现宽带分形彩虹捕获的超材料，并以声波导为例经理论、模拟和实验验证了原理。
2023-05-17 math-ph math.MP physics.class-ph
A rotational traveling wave based levitation device - Modeling, design, and control
描述了一种通过操纵薄空气层的压力和流动作用于声悬浮物体的装置，使得其旋转可以在没有机械接触的情况下被精确地控制。虚功分析有助于将多执行器控制问题简化为由可控参数控制的问题。驱动是通过能够产生超声驻波和行波的振动环来完成的，从而产生影响气体的薄中间层中的压力的声激励。一个独特的振动模式是必需的，以产生时间和空间的压力场的压缩空气层，从而引起声悬浮力和旋转扭矩。描述的是物理和设计开发阶段，导致一个优化的结构，所有随后的验证和动态校准实验。此外，通过精确控制闭环中驻波和行波的比率，可以影响由压缩空气层施加的剪切力，从而产生非接触式操纵机构。一个过驱动设置转换通过代数变换，成一个简化的单控制参数的问题。该变换将驻波比以及旋转扭矩与致动器的振幅和相位联系起来。这种安排导致一个有效的闭环方法，实验上实现了良好的性能，并表现出快速的角度定位。
2016-08-24 physics.class-ph
Mean-acoustic fields exerted on a subwavelength axisymmetric particle
超声波产生的声辐射力是声流体中粒子操纵的“主力”。非球形颗粒也受到称为声辐射扭矩的平均扭矩。它们一起构成了施加在粒子上的平均声场。单靠分析方法无法计算实际流体中任意形状粒子的这些场，也不再适用。在这里，一个半解析的方法被引入处理亚波长轴对称粒子浸没在各向同性牛顿流体。所得到的平均声场取决于散射系数，反映的双极和偶极模式。这些系数通过数值求解散射问题来确定。通过与水中亚波长刚性球的精确结果进行比较，我们的方法得到了基准。此外，一个更现实的情况下，浸在血浆中的红细胞在一个常设的超声波与我们的方法进行了研究。
2021-06-26 physics.class-ph physics.flu-dyn
