如果要跨过一个低矮的薄墙，你应该觉得并不困难，但随着墙的高度和厚度逐渐增加，跨过它也变得越来越困难。这也正如在百米跨栏比赛中，运动员需要更长的加速时间来积累足够的能量以跨过栏杆。你是否考虑过，能否跨过一堵高度超过你的极限的障碍物呢？直觉上看，答案是否定的，因为我们无法积累足够的能量去越过一堵高墙。然而，假设你是一个生活在量子世界的微观粒子的话，你有可能成功地穿过一堵不管多高多厚的墙体。这听上去很不可思议，但是，当你变成一个量子粒子，那么，在“克莱因隧穿”的指引下，这一梦想将成为现实。
克莱因隧穿最早由理论物理学家Oskar Klein于1929年的理论研究中提出。有别于传统的量子隧穿现象，具备高能相对论效应的粒子在隧穿效应中会呈现不受势垒宽度和能量高度影响的全透射现象，势垒对于粒子来说变得“透明”了。这一神奇而反直觉的理论被命名为“克莱因隧穿”。
复旦大学智慧医疗超声团队成员江雪青年副研究员与香港大学、加州大学伯克利分校等研究者成功在声子晶体中观察到与势垒宽度和能量高度无关的全透射现象，展示了克莱因隧穿效应的直接实验证明。通过设计具有线性色散的三角结构声子晶体，并在声子晶体中构造异质结，通过声波激发声子晶体中具有相对论效应的准粒子，最终成功实现了对克莱因隧穿效应的直接实验观察。研究结果近期在学术期刊Science刊登。
除了作为基础物理领域的重大突破，这一研究工作在应用上的影响也非常深远。例如，在声学通信中，增大声波的透射率将有助于提高声学通信质量。目前的声学通信技术，声能量在障碍物界面上的传输损失难以避免。如果能将界面上的透射率提升至近乎100%，除了能大幅提升声学通信的传输效率外，更能开拓前沿的应用。在精准声学探测如水下勘探等领域，界面的存在可能影响应用效果，此时，提升界面处的透射效果就尤为重要。同时，本研究也将为在声子晶体中进一步探索准粒子的拓扑性质提供新平台。
该研究成果在生物医学器件的设计中也能带来启发，有望帮助超声波穿透障碍物，提高到达组织器官等指定靶点的精确度，有助于精准超声诊断和治疗。
这种方法同样可以拓展至光学、热学等其他人工结构中，实现对不同体系中准粒子的前所未有的操控，亦能够为进一步探索其他复杂的量子物理现象提供重要的平台。
