我們都清楚，聲波屬于一種機械波，它得有一個物質(zhì)介質(zhì)用以傳播 。要是沒有介質(zhì)，聲波便無法存在，也不能傳遞能量 。這如同我們在真空中沒法聽到聲音那般 。那么，要是兩個物體之間存在一個極小的真空間隙，聲波能不能從一個物體傳導(dǎo)至另一個物體呢 ？這看上去好像是不可能的，因為聲波在真空中會衰減至零 。然而，有一種特殊物質(zhì)，稱作壓電材料，它能夠讓這種看似不可能的事變?yōu)榭赡?。
有種材料叫壓電材料，它能把機械應(yīng)力轉(zhuǎn)成電場， 再者能將電場轉(zhuǎn)成機械形變。有個聲波在壓電材料里傳播， 隨之會產(chǎn)生個相伴的電場。所產(chǎn)生的這個電場，不在材料內(nèi)部受限，而是會延伸到材料表面外部， 且隨距離增加呈指數(shù)衰減。就如同電磁學(xué)里所學(xué)到的， 有個平面電磁波在導(dǎo)體表面反射， 會產(chǎn)生表面電流以及表面電荷密度。這些表面電荷會產(chǎn)生向外延伸的衰減電場。
要是我們把兩塊壓電材料放置得十分靠近，致使它們之間的真空間隙小于聲波的波長，那么從一個材料發(fā)出的聲波所產(chǎn)生的衰減電場就有能夠足夠強，強到足以影響到另一個材料的表面電荷，還能激發(fā)出另一個聲波。這就如同聲波穿過了真空間隙，達(dá)成了一種隧穿效應(yīng)。這種效應(yīng)并非依賴于任何量子力學(xué)的原理，而是完全由經(jīng)典的機械和電磁理論來描述。
完全隧穿條件
那么，于怎么樣的條件之下，聲波能夠全然地從一個壓電材料傳導(dǎo)至另一個壓電材料呢？換句話說，于怎樣的條件之下，出自一個材料的聲波能量等同于進(jìn)入另一個材料的聲波能量呢？這便需求我們?nèi)タ剂績蓚€壓電材料之間的匹配問題。
我們得先留意到，并非所有種類、方向的聲波，都能于壓電材料里引發(fā)顯著的電場效應(yīng)。唯有那些跟晶體對稱性適配，且具備橫向分量（也就是垂直于傳播方向）的形變或者應(yīng)力的聲波，才可有效地耦合進(jìn)電場里。這些聲波被稱作壓電活性聲波。比如說，在有六方對稱性（像鋅鐵礦石）的壓電材料中，只有順著六角軸方向傳播的橫波才是壓電活性的。所以，我們?nèi)粢_(dá)成聲波的隧穿效應(yīng)，就得挑選適宜的壓電材料以及聲波的極化與傳播方向。
首先，我們得明白，不是任意頻率那種聲波，都能在兩塊壓電材料之間達(dá)成完全隧穿的情況。只有在兩塊材料的聲波阻抗，也就是聲波于材料里傳播所遇阻力相等或者相近的時候，才可以避開聲波在界面處的反射景象，并且確保聲波能量獲得最大程度的傳輸。這情形就如同我們在光學(xué)領(lǐng)域所學(xué)一般，當(dāng)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，要是兩種介質(zhì)的折射率相等或者相近，那么光就不會產(chǎn)生反射貝語網(wǎng)校，而是會完全地透射。所以，我們要是打算達(dá)成聲波的全然隧穿，那就非得挑選恰當(dāng)?shù)膲弘姴牧弦约奥暡ǖ念l率才行。
要是達(dá)成了這些條件，那么聲波能夠從一塊壓電材料完整地傳至另一塊壓電材料，且不會出現(xiàn)任何反射或者衰減。這就被稱作聲波完全隧穿效應(yīng)。
實驗驗證
那么，這種效應(yīng)是不是確實存在著呢，有沒有人開展過實驗去驗證呢，答案在于肯定的高中物理聲波，在一篇新近發(fā)表的論文里，作者運用了兩種不一樣類型的壓電材料，鋯鈦酸鉛，也就是PZT，以及鋯鈦酸鍶，也就是PST，它們都具備四方對稱性。作者選取了順著四方軸方向傳播的橫波當(dāng)作壓電活性聲波，并且對聲波的頻率以及兩個材料之間的真空間隙進(jìn)行了調(diào)節(jié)，從而讓它們滿足了完全隧穿條件。
有一位作者，運用了一個超聲換能器高中物理聲波，其作用是產(chǎn)生聲波，同時也用于接收聲波，并且還對聲波在兩個材料之間的透射系數(shù)做了測量，這里所說的透射系數(shù)，指的是進(jìn)入另一個材料的聲波能量與從一個材料發(fā)出的聲波能量的比值。這位作者通過測量發(fā)現(xiàn)，在某些特定的頻率的情況下，透射系數(shù)接近于1，這意味著聲波幾乎能夠完全地從一個材料傳導(dǎo)到另一個材料，而且不存在任何損失。這一現(xiàn)象就是在實驗上所觀察到的聲波完全隧穿效應(yīng)。
應(yīng)用前景
這種效應(yīng)究竟能起到怎樣的作用呢？作者表明，這種效應(yīng)能夠用于制造一類全新的超聲換能器，該換能器能夠在不同種類以及不同形狀的壓電材料之間達(dá)成高效的聲波傳遞。于是乎，換能器的靈敏度以及靈活性得以提升。除此之外，這種效應(yīng)還能夠用于制造一種新型的聲波隔離器，該聲波隔離器能夠在不同頻率的聲波之間達(dá)成選擇性的透射或者反射。如此一來，便實現(xiàn)了聲波的調(diào)制以及濾波。