想象一下，你能听到隔壁房间里的人在窃窃私语，而自己房间里喧闹的派对是窃窃私语者听不见。耶鲁大学研究人员已经找到了一种方法来做到这一点（让声音单向传播）这是一项基本的技术，从手机到引力波探测器，它无处不在。更重要的是，研究人员用同样的方法来控制一个方向的热量流动。这一发现为增强使用声学谐振器电子设备提供了新的可能性。耶鲁大学杰克·哈里斯实验室的这一发现发表在《自然》上。耶鲁大学物理学教授、该研究的首席研究员哈里斯说：
博科园：在这个实验中，我们为声波创造了一条单向路径，具体来说，有两个声学谐振器。存储在第一个谐振器中的声音可以泄漏到第二个谐振器中，但反之亦然。研究团队能够通过一个“调谐旋钮”(实际上是一种激光设置)来实现这一结果。根据声波的方向，调谐旋钮可以减弱或增强声波。然后研究人员将他们的实验提升到一个不同水平。因为热主要是由振动构成，所以把同样的思想应用到热从一个物体到另一个物体的流动上。通过使用单向声音技巧，可以让热量从A点流向B点，或者从B点流向A点，而不管哪个点更冷或更热。
1 / 1在图像中，一个柔性薄膜(灰色正方形)作为一个声波谐振器，放置在两个镜子之间。当激光被困在镜子之间时，它会反复穿过薄膜。激光施加力用来控制薄膜的振动。图片：Harris Lab/Yale University
这就像把一个冰块放入一杯热水中，冰块变得越来越冷，而周围的水却变得越来越暖。然后，通过改变激光的单一设置，热量以通常的方式流动，当液态水稍微冷却时，冰块逐渐变暖并融化。尽管在实验中，交换热量的不是冰块和水，而是两个声学谐振器。虽然一些最基本的声学谐振器例子可以在乐器甚至汽车排气管中找到，但它们也存在于各种电子产品中。它们被用作传感器、过滤器和传感器，因为它们与广泛的材料、频率和制造过程兼容。该研究的第一作者是前耶鲁大学博士后徐海潭
这项研究的共同作者是耶鲁大学研究生江路遥和芝加哥大学助理学士。从引力波探测器到移动电话，机械谐振器是设备的重要组成部分。它们作为高性能传感器、传感器和过滤器，提供低损耗、可调谐的耦合到不同的物理系统，并与广泛的频率、材料和制造工艺兼容。机械谐振器系统一般遵循互易性，这就保证了任意两个谐振器之间的声子透射系数与透射方向1,2无关。必须打破相互作用才能实现提供共振器之间声波能量单向传播的器件(如隔离器和循环器)。这些设备对于保护有源元件、降低噪声和运行全双工收发器至关重要。
到目前为止，非互易声子器件3、4、5、6、7、8、9、10、11还没有同时结合鲁棒运行所必需的特性：强非互易性、原位可调性、紧凑集成和连续运行。此外，它们只应用于相干信号(而不是波动或噪声)，并且只在行波系统(而不是谐振器)中实现。研究描述了一种利用腔隙-光力学相互作用在声子谐振器之间产生鲁棒非互易耦合的方案。该方案提供了约30分贝的隔离在连续运行，并可以在现场调整，只需通过阶段的驱动音调适用于腔。此外，通过直接监测谐振腔的动力学，表明这种非互易性可以控制热波动，这种控制代表了一种冷却声子谐振腔的方法。
