Multistability and Self-Organization in Disordered SQUID Metamaterials
平面阵列的磁感应耦合射频SQUID属于新兴的一类超导超材料，包括约瑟夫森效应。SQUID超材料从其构成元件的谐振特性获得其电磁特性，即，单个的rf SQUID由被约瑟夫森结中断的超导环组成。我们调查的二维SQUID超材料的响应频率变化的施加的交变磁场中存在的障碍，所产生的临界电流波动的约瑟夫森元件;实际上，单个SQUID的谐振频率随机分布的平均值。在有序和无序的SQUID超材料中，在总电流-频率曲线中都观察到双稳态;此外，通过提高SQUID振荡器之间的同步，无序有利于双稳态。相对较弱的无序通过帮助系统自我组织而显著地拓宽了双稳态区域，并导致几乎均匀的状态随着频率的变化而平滑地变化。此外，通过耦合和同步的协同作用，超材料的总电流比未耦合的SQUID的总电流有所增加。几乎均匀状态的多稳定性允许超材料表现出对应于不同的磁导率值的不同磁响应。在低功率的入射场，高电流状态下表现出极端的抗磁特性对应于负磁导率在一个狭窄的频率区域。
2013-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of Heterogeneity on the Response of Architected Metamaterials
University of Southern California（南加州大学）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Cornell University（康奈尔大学）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
研究通过引入随机材料异质性，探讨其对架构元材料相变、局部化形态及宏观响应的影响，提出统一框架连接随机材料变异性与不稳定性驱动的力学行为。
2026-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Parametrically Shielding Electromagnetic Fields by Nonlinear Metamaterials
建立了折射率接近于零的超材料多层结构中同时具有非线性电磁响应的参量相互作用的解析理论。从理论上证明了介电常数和磁导率均为负的非线性左手材料平板可以参数化屏蔽一定频率的电磁场。趋肤深度是可调的，并且即使在没有材料吸收的情况下，也可以远小于被屏蔽的电磁场的波长。这种奇特的行为是左手材料中复杂的非线性响应和在泵浦频率处光学折射率消失的结果。
2007-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear response of a thin metamaterial film containing Josephson junctions
研究了电磁场与含有约瑟夫森结开口环谐振器的超材料薄膜的相互作用。结果表明，动态自感在一个分裂环的结果减少通过一个环的磁通量，这种减少是成比例的分裂环磁化的时间导数。研究了考虑动态自感效应的薄膜磁化强度的演化。本文提出了一种新的约瑟夫森结开口环谐振腔一维阵列中波的激发机制。在弱振幅近似下，得到了这种薄膜的非线性磁化率。
2009-08-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Directional mechanical response in the bulk of topological metamaterials
机械超材料是那些设计用于以新颖和理想的方式传递力和运动的结构。最近，Kane和Lubensky证明了在边缘机械稳定点的晶格（麦克斯韦晶格）具有拓扑不变量，描述了松弛的零能量边缘模式的分布。在这里，我们表明，在这些晶格的大部分中的一个点上施加力产生定向的机械响应，其中应力或应变仅在力的一侧引起。这提供了机械极化的体积度量和朝向或远离结构的部分传递应力和应变的设计原理。我们还表征了去除键对材料结构和松弛模式的影响，建立了边缘模式和批量响应之间的关系。
2017-01-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Bending dominated response of layered mechanical metamaterials alternating pentamode lattices and confinement plates
对由五模网格和加劲板交替排列而成的单层和多层体系的弹性响应进行了数值研究。进行有限元模拟，以分析这种结构的有效弹性模量的依赖于合适的纵横比，其特征在于在微观和宏观尺度的通用五模层的几何形状，和分层结构的层压方案。给出的数值结果突出表明，所研究的结构表现出弯曲为主的响应，并能够实现低的有效剪切模量值，同时，高的有效压缩模量值。我们得出的结论是，限制五模晶格可以被视为一种新型的超材料，非常适合于地震隔离和冲击保护的目的。它们的弹性响应可以通过几个几何和机械设计变量进行微调。
2019-11-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effective Dielectric Response of Metamaterials
我们使用麦克斯韦方程组的均匀化过程，以获得在局部极限的频率（$ω$）依赖的宏观介电响应$ε^M(ω)$的超材料制成的天然成分与任何几何形状周期性地重复与任何结构。我们举例说明了计算几种结构的$ε^M(ω)$的形式主义。对于介电矩形夹杂物内的导电材料，我们得到了一个非常各向异性的响应，沿一个方向从导体样在低$ω$的谐振介电样在大$ω$，实现了非常小的反射率在中间频率无关的表面等离子体激发，可以通过几何泰勒调谐。对于接近逾渗阈值的其他形状，获得类似的行为。
2009-06-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Analytical model for nonlinear response of carbon nanotubes enhanced by a plasmonic metamaterial
我们提出了一个复杂的动力学分析模型描述的混合非线性系统的相互作用的碳纳米管（CNT）和等离子体超材料。我们的模型是基于一组耦合方程，它结合了完善的密度矩阵形式主义适用于量子系统（CNT被描述为一个两级系统）和谐波振荡器的方法理想的亚波长等离子体和光学谐振器建模。我们发现，碳纳米管的饱和非线性增加数倍的共振增强的近场的超材料。在我们的模型框架中，我们讨论了碳纳米管层的不均匀性（带隙值分布）对非线性增强的影响。它示出，Purcell效应是不可区分的场增强，并描述了相同的唯象常数。
2011-08-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Inverse designing metamaterials with programmable nonlinear functional responses in graph space
University of California Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Penn State University（宾州州立大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Institut Jean Lamour（让·拉穆尔研究所）
针对三维超材料行为-结构关系难捕捉的问题，提出基于图的框架GraphMetaMat，整合图网络、物理偏置等技术，可设计满足多种响应和制造约束的超材料，性能优于商用材料，实现按需功能材料自动化设计。
2024-08-12 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Anisotropic Response in Metamaterials with Elliptically Perforated Plates: Applications to Near-Field Radiative Heat Transfer
本研究通过椭圆孔板设计实现了超材料的各向异性响应，用于近场辐射热传输的增强控制与热管理应用。
2025-12-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Novel electrically resonant terahertz metamaterials
我们提出了一类新的人工材料，表现出定制的电磁辐射的电组件的响应。这些电超材料（EM-超材料）的理论，计算和实验研究，使用太赫兹时域光谱。这些结构显示出谐振响应，包括范围从~500 GHz到1 THz的负介电常数（ε < 0）区域。传统的电介质，如分布式导线，很难纳入超材料。相比之下，这些新的局部结构将简化未来超材料（包括负折射率的超材料）的构造，并将增强功能性太赫兹设备的设计和制造。
2006-04-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Reconfigurable photoinduced metamaterials in the microwave regime
我们研究了在千兆赫频率下的光学可重构介电超材料。更准确地说，我们研究了微波响应的亚波长光栅光学印到半导体板。在均匀化制度，我们分析评估的普通和非凡的有效介电常数张量的分量，考虑到光载流子动力学描述的双极扩散方程。我们分析了半导体参数对千兆赫超材料响应的影响，通过改变光生光栅，这种超材料可以高度重构，并且可以表现出显着的各向异性行为。
2014-09-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Duality and Sheared Analytic Response in Mechanism-Based Metamaterials
围绕零能量变形路径设计的机械超材料，被称为机制，一再挑战传统的弹性图像。然而，复杂的空间变形，这些结构能够支持超越统一的机制仍然在很大程度上是未知的。在这里，我们提出了一个统一的理论框架，表明在一个二维结构中的任何统一的机制的存在下，从根本上改变其弹性响应，承认一个家庭的非均匀的零能量变形。我们的形式主义揭示了这些无应力应变之间的数学对偶性，我们称之为“剪切分析模式”和支持的空间分布的应力。这些模式经历了从体周期性响应到倏逝表面响应的转变，因为该机制的泊松比$ν$通过$ν=0$处的例外点进行调谐。我们建议这些不寻常的响应特性作为可切换的信号放大器和滤波器用于机械电路和计算的第一个应用程序。
2022-05-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.class-ph
Optical Characterization of Epsilon-Near-Zero, Epsilon-Near-Pole and Hyperbolic Response in Nanowire Metamaterials
我们报告了在纳米多孔阳极氧化铝中电沉积直径约30 nm的金纳米线制备的金属纳米线（NW）超材料的光学和物理特性。我们观察到一个单轴各向异性介电响应的NW超材料，显示ε近零（ENZ）和ε近极（ENP）共振。我们表明，NW-超材料的行为从金属-电介质多层（ML）超材料的一个根本区别是ε-近零（ENZ）和ε-近极（ENP）介电响应相对于有效介电张量的光轴的不同方向。与多层超材料相比，纳米线超材料表现出全向ENP和角度相关ENZ。同样与ML超材料相反，NW超材料表现出高吸收性的ENP和ENZ共振，并且可以从自由空间有效地激发。当金纳米棒填充分数从26%变化到10.5%时，我们的制造允许在583 nm到805 nm的可见光和近红外光谱中的ε近零共振的大的可调谐性。我们通过严格的物理和光学表征来支持每个步骤的制造工艺流程。能量色散X射线（EDX）和X射线衍射（XRD）分析用于确定退火前后电化学沉积的Au纳米线的质量。我们的实验结果与周期性等离子体激元晶体的模拟和有效介质超材料极限的分析计算相一致。我们还通过实验表征了ENZ共振时空间色散的作用，并表明ENP共振时不会发生这种效应。这些材料在生物传感、量子光学和热器件领域的应用显示出相当大的前景。
2015-11-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics physics.plasm-ph
Large Diamagnetism of AV2Al20 (A = Y and La)
尽管这些化合物在晶体和电子结构上具有明显的相似性，但我们在笼状化合物AV 2Al 20中发现了非常大的抗磁响应，其中A = Y和La，而不是A = Al0.3，Sc0.4和Lu。Y和La化合物的磁化率在10 K时分别为-1.94和-7.44 × 10- 4cm ~ 3 mol ~（-1），后者约为铋（一种著名的抗磁性材料）的四分之一。起源尚不清楚，但可能与能带结构中的特定演化有关，因为抗磁性响应随着晶格常数的增加而增加。
2012-11-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Bistability in mushroom-type metamaterials
本文研究了加载非线性元件的非对称蘑菇型超材料的电磁响应。结果表明，在Fano共振附近，这些结构可能具有很强的可调谐，双稳态和可切换的响应，并使巨大的非线性效应。使用有效介质理论和全波模拟，证明了非线性元件可以允许反射和透射系数遵循磁滞回线，并且类似于理想的电磁开关在“去”和“不去”状态之间切换超材料。
2017-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Planar Metamaterial with Toroidal Moment
我们观察到的环形响应从平面超材料组成的非对称开口环谐振器（ASRRs）。结果表明，通过控制超原子的结构对称性，可以将平面ASRR作为超原子进行合理排列，从而构造出环形分子。场图清楚地表明，环形谐振在亚波长尺度上开辟了新的电磁约束方式。平面方案的操纵ASRR之间的耦合可能会刺激研究在光学领域涉及环形多极子。超环面结构与Fano共振相结合的高Q响应在低阈值激光、腔量子电动力学和非线性处理等方面具有巨大的应用潜力。
2012-09-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Structural second-order nonlinearity in metamaterials
非线性过程是激光、信息处理、传感和安全等许多光学技术的核心，需要适合纳米级集成的优化材料。在这里，我们证明了一个强大的大容量二阶非线性响应的出现在复合等离子体纳米棒材料组成的中心对称材料。超材料响应于s偏振激发和p偏振激发两者提供同等强的p偏振二次谐波光的产生。我们开发了一个有效的介质描述的基础物理，比较其预测的实验结果，并分析其适用性的限制。我们表明，虽然有效介质理论充分描述了非线性偏振，二次谐波光的发射过程不能在同一框架内描述。这项工作提供了对复合材料中出现的非线性光学响应的理解，并为集成非线性光子学的新非线性光学平台设计打开了大门。
2017-12-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Acoustic response in a a one-dimensional layered pseudo-Hermitian metamaterial containing defects
利用传输矩阵方法，研究了含缺陷的多层超材料系统对垂直或斜入射声平面波的响应。传输响应由具有振荡行为的通带组成，通带由带隙分隔，并且覆盖宽的频率范围。层中增益和损耗的存在导致对称性破缺和重入相的出现。在一般情况下，包含缺陷的系统将显示更一般的性质，伪厄米性（PH），其中$\mathcal{PT}$系统是子集。在PH对称阶段，可以发现通过反转宇称$\mathcal{P}$实现的反射单向响应，但该响应有时会偏离简单散射理论的预测，该理论要求与传输相关的伪么正性关系和反射的两个方向保持不变。反转奇偶性，反转PH对称范围内的空间非对称系统中的时间算子$\mathcal{T}$，可以导致不同的传输：通带与阻带。由于稳定的PH对称通带传输振荡的区域发生在宽的光谱范围内，因此在诸如层厚度的系统参数中存在很大的灵活性，用于导致期望的单向特性。此外，我们发现，虽然缺陷一般会导致在所有频率下PH对称性的接近或完全丧失，但它们可以被利用来产生高度灵敏的响应，使此类系统成为传感器应用的良好候选者。
2018-06-27 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
A Multi-Fidelity Bayesian Neural Operator for Mechanics of Spinodal Metamaterial
Northwestern University（西北大学）
本研究提出了一种多保真度贝叶斯神经算子，通过整合低保真度仿真与稀疏高保真度实验数据，实现对spinodal仿生材料非线性行为的高效建模与反向设计。
2026-02-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Longitudinal inverted compressibility in super-strained metamaterials
我们发展了一个统计物理理论的固-固相变，其中的超材料进行纵向收缩，以响应增加外部张力。这种转变，这是禁止在热力学平衡，最近已被证明是可能的亚稳态，超应变状态的衰变过程中。我们提出了一个第一性原理模型来预测这些转变，并验证它使用分子动力学模拟。除了其直接的机械影响，我们的理论指出了大量类似的反演响应，如反演磁化率或热容转变，考虑现实尺度时允许。
2013-04-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Orbital Magnetism in Honeycomb Ladder
本文研究含额外垂直跃迁的蜂窝梯紧束缚模型，揭示磁通量诱导的有限轨道磁响应及其随填充、化学势和模型参数变化的抗磁/顺磁特性。
2025-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hierarchical self-assembly of nanoparticles for optical metamaterials
分级自组装将纳米结构排列在不同的长度尺度。它逐渐成为一种有效的方法来制造人工超材料的复合纳米结构定制的特定响应。分级自组装通过显著减少制造时间并使得形成块体材料成为可能来克服“自上而下”方法的缺点。在这里，我们报告的应用分层自组装的金属纳米粒子的创造第一个各向同性光学超材料与强人工磁性的蓝光。我们已经使用胶体自组装来创建产生所需的磁响应的人工“纳米分子”，并使用微流体自组装来产生块体亚结构。我们证明，最终材料的磁响应是准确地描述了各向同性的磁导率，满足局部性的原则。我们的方法解锁了大量复合纳米材料的制造。此外，这种“自下而上”方法所固有的空间无序是解决非局部性问题的关键。该技术可以很容易地扩展到未来几代由介电纳米块制成的低损耗光学超材料，以绕过与贵金属中等离子体共振相关的光学损耗的限制。
2016-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reversible modulation and ultrafast dynamics of THz resonances in strongly photoexcited metamaterials
我们证明了一个超快的可逆调制共振太赫兹（THz）响应在强光激发的超材料。偶极跃迁~1.6 THz的瞬态谱-时响应随泵浦能量密度的变化呈现明显的非单调变化。跃迁能移、强度、谱宽和密度依赖的超快弛豫表明初始猝灭后共振态的显著再现。我们的模拟，结合从光致瞬态光栅的一阶衍射，再现的显着特点，为设计非线性和频率捷变太赫兹调制器提供了一种新的途径。
2011-12-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Experimental demonstration of tunable graphene hyperbolic metamaterial
按需调节宏观介电响应具有可主动调节的超光子学和光学器件的潜力。近年来，石墨烯作为纳米光子学中的可调谐元件得到了广泛的研究。大量的理论工作已经致力于调整石墨烯/电介质异质结构的双曲线性质，然而，到目前为止，这样的主题还没有被实验证明。在这里，我们专注于石墨烯/极化激元电介质超材料，具有由电介质的极性响应引起的强光学共振，通常难以主动控制。通过控制石墨烯的掺杂水平，通过外部偏压，我们实验证明了从费米能级EF = 0 eV到EF = 0.5 eV的宽范围的可调谐性，这产生了有效的ε-近零交叉和可调谐的介电性质，通过光谱椭圆偏振法和透射测量验证。
2019-07-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
