这个工作报道了一种利用声学超材料解决水下高分辨率超声聚焦问题的方案。通过稀疏的超声超构透镜，获得了亚波长（0.58个波长）的聚焦分辨率，达到了“以粗取细”的效果，并实现了三维任意位置（轴向、非轴向）的精准聚焦。该超声透镜具有宽频（一个倍频程）、精准（准确度>97%）、体积小、结构简单、鲁棒性强等特点，被期望在新一代精准超声装备中发挥重要作用。 得益于优异的生物相容性和无放射性等特点，超声作为一种安全无创的手段被广泛应用于医学诊断、外科手术和神经刺激等临床实践中。同时，相比于电磁波而言，超声在水下可以在更长距离上稳定传播，是目前水下探测的主要手段。对超声波的有效调控是医学超声、无损检测和水声探测等领域的重要问题，超声聚焦是超声场调控中最常见而关键的方法之一。超声聚焦的分辨率直接影响超声成像的精度和治疗的准确度，提高其聚焦分辨率、空间准确度和聚焦灵活性具有普遍的重要意义。

传统超声聚焦方法主要依赖于高成本的复杂相控阵、或体积庞大难以集成化的球面透镜，一定程度上制约了更高精度、更便携、更灵活的超声聚焦技术的发展。声学超材料能够实现突破常规性能限制的特殊声学性质，催生了一系列具有纷繁功能的新型声学器件，也为实现高精度、高性能、低成本、集成化的声聚焦提供了新的可能。

现有的声超材料聚焦研究相对常见于低频（<20kHz）空气声，水下超材料超声聚焦工作虽然具有巨大应用需求，但尚未得到充分发展。其难点在于，传统超材料透镜原理要求结构基元具有深度亚波长的尺寸，其特征尺度通常为十分之一波长以下，这对于频率更高的水下超声而言，将带来包括多模式耦合、黏滞损耗强、制备难度大等关键挑战。

这项研究中作者提出具有稀疏结构的超声超构透镜，将传统超构透镜的特征尺度从十几分之一波长提升到一个波长的量级，透镜整体半径维持在数个波长，这从原理上解决了深度亚波长结构带来的上述难题，用这样一个略显“粗犷”的透镜实现“精细”的亚波长分辨率（0.58波长）聚焦性能。尽管结构特征“粗糙”，所设计的超声超构透镜却能实现更加“灵巧”的空间聚焦调控，除了常规的轴向聚焦，还实现了非轴向等三维任意位置聚焦，丰富了超声能量的汇聚形式。此外，研究中还展示了这种超稀疏超声透镜的宽带特性，可在一个倍频程的频率范围内保持亚波长的聚焦精度，其三维空间的聚焦位置准确度达到97%。除了在聚焦性能上的显著提高，超稀疏的结构特点对样品加工和规模化生产有重要帮助，保证了样品构型简单、易于加工、鲁棒性强。所设计的稀疏超声超构透镜将为水下超声频段的超材料研究带来启发，同时在新一代精准超声装备技术发展中发挥重要作用。

研究团队长期从事声学超材料的基础研究以及其在医疗超声中的应用研发。此前发现了声人工体系及非厄米系统中的奇异拓扑声操控现象、开发了声学角动量通信技术并研发了骨超声诊断治疗装备。相关成果发表于Science等学术期刊，获得日内瓦国际发明展“金奖”等。团队将继续探索声超材料与临床超声医学的结合，从而助力于人民生命健康。