Science：流体动力学莫尔超晶格

一、 【科学背景】  

在光子晶体中，结构的周期性保证了晶体的有效能带结构，这是拓扑物理和莫尔物理的基础。然而，大多数流体的剪切模量接近于零，这使得流体很难像光子晶体那样维持空间周期性。通过在流体动力学超材料中实现周期性涡旋，并通过堆叠和扭转两种这样的涡旋流体，创建了一个双层莫尔超晶格。当扭转角度分别导致流体莫尔超晶格中形成毕达哥拉斯三元组和非毕达哥拉斯三元组时，观察到能量的离域化和局域化现象。即使在满足毕达哥拉斯三元组且具有大晶格常数的相称莫尔流体中，也发现了异常局域化现象。来自新加坡国立大学的Cheng-Wei Qiu（仇成伟）及其研究团队取得一项新进展，首次报道了流体中的莫尔现象，并为通过流体莫尔超晶格中涡旋的复杂动力学来控制能量传递、质量输运和粒子导航开辟了意想不到的新途径。相关研究成果以“Hydrodynamic moiré superlattice”为题目发表在国际顶级期刊Science上。

二、【科学贡献】

图1 流体动力学涡旋中的莫尔超晶格。© 2025 Science

图2 由两个堆叠的流体动力学场形成的莫尔超晶格。© 2025 Science

图3 莫尔超晶格的可视化。© 2025 Science

图4 物理量传输性质的转变特性。© 2025 Science

三、【 创新点】 

1.这项研究工作报道了流体中的莫尔现象，并为通过流体莫尔超晶格中涡旋的精细动力学来控制能量传递、质量输运和粒子导航开辟了一条意想不到的新途径。

2.在流体超材料中实现了周期性涡旋，并通过堆叠和扭转两种这样的涡旋流体，创建了一个双层莫尔超晶格。

3.当扭转角度分别导致流体莫尔超晶格中形成勾股数和非勾股数时，能量会出现离域和局域现象。

四、【 科学启迪】

总之，本文开展了关于流体动力学莫尔超晶格的研究，并揭示了物理量中的局域化到离域化的转变。交替的涡旋使得电磁流体在平面内实现了空间周期性，并为实现莫尔平带创造了动态晶格。通过调节单个涡旋的强度，实验演示展示了由于莫尔物理导致的显著的局域化到离域化转变。这种涡旋晶格提供了通过控制晶格对称性、耦合以及传输量与流体之间的相互作用来模拟微观量子行为（例如拓扑、强耦合、铁磁性等）的机会。通过调节涡旋强度和扭转角度来调控流体动力学莫尔超晶格，还提出了一种操纵界面流动中传输过程的通用策略。值得一提的是，一旦能够在流体场中通过不规则电极几何形状（或其他用于施加电场或磁场的装置）实现维持莫尔图案所需的满足条件的速度分布，那么像光子学中那样的单层策略也可以被整合到流体动力学莫尔超晶格的设计中。这一概念可以扩展到其他传输领域，包括微流体控制和质量输运，这些在许多物理、化学和生物学科中都发挥着关键作用。

原文详情：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq2329