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光子晶體的結構周期性保證了晶體的有效能帶結構，這是拓撲和摩爾物理的基石。然而，大多數流體的剪切模量接近于零，使得流體難以維持類似于光子晶體的空間周期性。

2024年12月19日，新加坡國立大學仇成偉教授在國際頂級期刊Science發表題為《Hydrodynamic moiré superlattice》的研究論文，許國強博士、周雪副教授為論文共同第一作者，仇成偉教授為論文通訊作者。

仇成偉，新加坡國立大學院長講席教授，東盟工程與技術科學學院院士，美國電磁科學院院士。2003年本科畢業于中國科學技術大學，2007年獲得新加坡國立大學博士學位。隨后在麻省理工學院從事博士后研究；2009年加入新加坡國立大學，2010年晉升為教授，2018年晉升為院長講席教授。

仇成偉教授的研究領域為1. 束流物理、牽引光束、以及束流與粒子之間的作用力；2. 硅納米光子學、光力學、硅中的Fano共振；3. 石墨烯超材料/電子學，超材料天線和波導、手性及雙折射材料；4. 光與物質的相互作用、等離子體共振和物質的光散射；5. 二維材料中的光學。

他在Nature、Science、Light: Science & Applications、eLight等頂級期刊發表了460多篇經同行評議的期刊論文，并于2019-2022連續4年被Web of Science評為高被引研究人員。

周雪，重慶工商大學副教授。2011年本科畢業于河南大學，2014年獲鄭州大學碩士學位，2019年在哈爾濱工業大學獲博士學位，其主要研究領域包括人工智能熱超材料、光譜檢測及信號處理等。在Nature Physics、Phys. Rev. Lett.、Proc. Natl. Acad. Sci.、Composite Structures、Int. J. Heat Mass Trans.、Energy Conver. Manage等國際權威期刊上發表論文10余篇。

作者在流體超材料中實現了周期性渦流，并通過堆疊和扭轉兩種此類渦旋流體，創建了雙層摩爾超晶格。

當扭轉角度分別導致流體摩爾超晶格中的畢達哥拉斯角和非畢達哥拉斯角時，作者觀察到能量的去局域化和局域化。即使在具有大晶格常數且滿足畢達哥拉斯角的可公度摩爾流體中，也發現了異常局域化。

該研究報道了流體中的摩爾現象，并開啟了一個新起點，即通過流體摩爾超晶格中渦旋的精細動力學來控制能量傳遞、質量傳輸和粒子導航。

圖1：流體動力學渦旋中的摩爾超晶格

圖2：由兩個堆疊的流體動力學場構建的摩爾超晶格

圖3：摩爾超晶格的可視化

圖4：物理量傳輸特性的過渡性質

綜上，在這篇論文中，作者研究了在流體超材料中實現的周期性渦旋流體，通過堆疊和扭轉兩層流體形成了一種雙層摩爾超晶格，并觀察到了能量的局域化和去局域化現象。

結果表明，通過精確調控流體中的渦旋動力學，可以在流體摩爾超晶格中控制能量傳輸、質量傳輸和粒子導航，為探索和利用流體中的電子和波動現象提供了新的途徑。

該研究開辟了流體中摩爾現象的新領域，展示了通過流體動力學超晶格控制能量和物質傳輸的可能性，這對于流體力學、熱管理、質量傳輸以及相關領域的應用具有重要意義。未來有望應用在包括微流控系統的設計、流體混合和反應過程的優化，以及在生物醫學和化學工程等領域中。

Guoqiang Xu?, Xue Zhou?, Weijin Chen, Guangwei Hu, Zhiyuan Yan, Zhipeng Li, Shuihua Yang, Cheng-Wei Qiu*,?Hydrodynamic moiré superlattice,?Science,?

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