回顧自己多年的科研路，江雪覺得正反饋起了很大的推動作用。一步一步摸索走向科研，就像是徒手推動靜止的輪子，一開始需要花費很大的力氣，而一旦輪子開始轉動，只要用比較小的力，就能讓它越轉越快。

音樂廳中回蕩的美妙樂聲、孕檢B超圖顯示的小生命、深海探測與通信……人類的生產生活中，處處存在利用聲波的案例。

超聲波承載的信息與能量是聲學在醫學的應用中“一個最好的突破點”。由于B超影像分辨率較低，一些疾病的早期癥狀在影像中表現并不顯著。倘若從物理學角度，利用聲學人工結構等技術提高超聲成像精度，就能為盡早發現異常增添一份可能。

針對醫學應用中的需求，復旦大學信息科學與工程學院副教授江雪用聲學人工結構對聲波進行精準調控，實現了三維空間任意位置的精準聚焦。她作為第一作者提出了三維亞波長分辨率超聲成像，實現了亞波長（0.58波長）分辨率，達到了納米量級。

作為聲學領域的研究者，江雪以聲為器，從物理學角度持續提出創新方案。

▲江雪在實驗室開展工作/圖源：江雪

讓一只螞蟻絆倒大象

聲波被廣泛應用在醫學成像領域，以超聲成像為例，因其安全無輻射、靈活度高、性價比高等特點，在常規體檢中被廣泛用于腹部臟器的檢查。然而，現有的絕大部分醫學器件都是以自然材料為基石設計的，受材料物理屬性的限制，超聲波在衍射成像過程中存在一個難以突破的衍射極限，影響了成像的精度，分辨率低成為無法忽略的硬傷。

成像清晰度在很多疾病的診斷中都起著關鍵作用。一些不太明顯的疾病表征，如瘤體直徑小于1厘米的微小肝癌，若僅采用B超檢查，很可能無法被檢測出來。B超漏診之后，普通體檢中的其他步驟很難將患者篩查出來，對小腫瘤更敏感的CT檢查便極易被略過。

因此，在醫學成像領域，追求更高的空間分辨率一直是醫學超聲的研究重點。在實現高分辨率成像方面，聲學人工結構是從物理聲學領域跨界而來的“破局者”，它能夠突破自然材料的限制，幫助獲取超聲波在傳播過程中衰減的信息。

“這種物理屬性的突破不是從原子或分子尺度上構造材料。”江雪解釋，“而是通過結構上的特殊設計，更精準地控制聲波。”

利用聲學人工結構，江雪及合作者實現了三維亞波長分辨率超聲成像。他們在傳統超聲超構透鏡的基礎上人工構造了一種超聲透鏡，使其具有寬頻、精準、體積小、結構簡單等特點，從而達到了三維空間任意位置的精準聚焦。

在對聲波的控制與引導中，相比由自然材料構成的聲學器件，聲學人工結構體積更小，性能更好，“就像一只螞蟻將大象絆倒”。在保證對聲波調控效果相同的前提下，利用聲學人工結構研發器件后，原本數十米的龐大自然材料器件就能夠被縮減到幾厘米甚至更小。體積上的縮小，極大提高了儀器在實際應用場景中的靈活度。

“這項開創性的工作為超聲超材料在醫學上的應用樹立了一個重要的里程碑。”南京大學聲學研究所教授程建春在同期評論文章中評價。

江雪以聲學人工結構為手段，攻克了醫學超聲和水下通信等國家重大領域與聲學的技術難點，在學科交叉領域持續探索。正是因為這些成果，江雪在31歲時入選2022“上海科技青年35人引領計劃”，在更廣闊的平臺上用創新素養繼續探索世界科技的前沿。

轉動科研的飛輪

回顧自己多年的科研路，江雪覺得正反饋起了很大的推動作用。一步一步摸索走向科研，就像是徒手推動靜止的輪子，一開始需要花費很大的力氣，而一旦輪子開始轉動，只要用比較小的力，就能讓它越轉越快。

起初，江雪只是覺得聲學很特別，“它既是一門科學，又可以非常人文、非常藝術，比如可以與音樂聲學、建筑設計等相關學科密切交織。”——這是江雪在大二專業分流時對聲學的初印象。

作為一門與其他領域廣泛交叉的學科，物理聲學帶來了很多選擇與不確定。江雪坦言，與很多同學一樣，自己在本科階段的關鍵詞更多時候是迷茫，并不知道未來將去向何方。

大二下學期，江雪參加了南京大學為本科生開設的科創項目，第一次接觸到物理聲學領域的科研工作，并因此與科研結緣。在聲學實驗室里，她接受科學素養的培訓，鍛煉了科研能力，“更重要的是擴充了視野，覺得更有信心了”。

更大的鼓舞發生在大四，江雪作為第一作者發表的論文被刊登在SCI（Scientific Citation Index）索引收錄的期刊。這篇SCI論文的發表不僅是江雪個人的第一次，也是當時南京大學物理學專業兩三百名本科生中的第一次，于她而言，是“比較重要的一個激勵”。

在那篇文章中，江雪設計并實驗了世界上首個聲場旋轉器。這一特殊的聲學人工結構能將在其中的聲波波陣面旋轉一個特定的角度，被美國物理聯合會（AIP）專文評價為“可幫助提高醫學超聲成像質量，提升超聲器件的對比度并提高受損組織的成像質量”。