负模量声学超材料

利用时间声子晶体实现声频转换的实验研究

Experimental demonstration of the acoustic frequency conversions by temporal phononic crystals

我们报告的实验研究的透射光谱的声波通过时间声子晶体（TPC），这是设计的结构与周期性时变密度和体积模量。在我们的实验中，TPC被实例化为在声源和检测器之间重复地在空气和二氧化碳之间交换的介质。单色入射声波的透射谱表现出一系列等距峰，表现出新颖的上转换和下转换效应，而不采用材料非线性。这些实验结果与基于平面波时域展开的理论计算相一致。

声学超材料中反向多普勒效应的实验观察

Experimental Observation of Reversed Doppler Effects in Acoustic Metamaterials

本文报道了一种由七个笛形双元分子团簇组成的声学超材料的宽带反向多普勒效应的实验观察。仿真和实验验证了这种同时具有负弹性模量和负质量密度的局部共振声学超材料可以在较宽的频率范围内实现负折射。所构建的超材料表现出宽带反向多普勒效应。频率偏移随着频率的增加而连续增加。双超分子团簇的组装为设计宽频带的双负声学超材料及其他各种应用开辟了新的方向。

二维声电磁超材料的多重散射公式

Multiple Scattering Formulation of Two Dimensional Acoustic and Electromagnetic Metamaterials

本文提出了二维声超材料的多重散射公式。结果表明，在低频率限制多重散射允许我们定义的有序和无序的圆柱阵列的频率相关的有效声学参数。该公式可以导致正的和负的声学参数，其中声学参数是标量体积模量和张量质量密度，并且因此，允许具有正的或负的折射率的各向异性波传播。研究还表明，散射体表面场是有效介质反常行为的主要原因，因此可以利用复散射体来设计有效介质的频率响应，并给出了不同散射体的应用实例。最后，该理论被扩展到电磁波的传播，发现米氏共振是负责的超材料的行为。作为一个应用，它表明，它是可能的，以获得具有负磁导率和介电常数张量的超材料阵列的全介质圆柱和各向异性圆柱可以调谐这些谐振的频率响应。

基于受限声晶体的超材料吸声体

Acoustic metamaterial absorbers based on confined sonic crystals

在这项工作中，理论，数值和实验结果检查声波晶体中的热粘性损失，使制造和表征的声学超材料吸收器与复值各向异性惯性。开发的配方可以写没有未知的或经验的系数，由于结构化的晶格的声波晶体和有组织的分层方案，它示出，可以使用更高的填充分数的安排，以提供一个大的增强损耗因子。为了在可实现的实验配置中精确地描述这些结构，由于声波晶格内的热和粘性边界层效应，需要修改有效性质的限制结构。理论公式描述这些受限的声波晶体的影响，无论是单独和作为声学超材料结构的一部分，并在声阻抗管实验证明。据观察，受限的声波晶体表现出粘性损失的增加和有效体积模量的减少，通过改善的阻抗匹配和增强的吸收，使更好的吸声性能。

空气透明隔音窗

Air transparent soundproof window

提出了一种对气流透明的隔音窗或隔音壁。该设计基于衍射和声学超材料两种波动理论。它由强衍射型谐振器的三维阵列组成，每个谐振器中心有许多孔。对两种孔径分别为$20mm$和$50mm$的隔声窗进行了声学性能测试。将频率范围为$400 - 5,000Hz$的80 dB声波施加到窗上。观察到，在上述频率范围内，使用$20mm$窗口，声级降低了约$30 - 35$ dB，在$700 - 2,200Hz$的频率范围内，使用$50mm$窗口，声级降低了约$20 - 35$ dB。这是一种非凡的声学反传播。得到了产生有效负模量的几何因子。

关于五模机械超材料的可行性

On the feasibility of pentamode mechanical metamaterials

从概念上讲，所有可想象的三维机械材料都可以由五模材料构建。Pentamodes还能够实现三维变换声学-变换光学的模拟。然而，就我们所知，五元体还没有在实验上实现。在这里，我们调查，因为米尔顿和Cherkaev在1995年提出的五模理论理想可以近似的超材料与当前国家的最先进的光刻。使用由我们制造的三维微结构校准的数值计算，我们发现品质因数，即，实际上，体积模量与剪切模量之比可以大到约1，000。

光子和声子系统中k=0时的三维Dirac点

Three dimensional Dirac point at k=0 in photonic and phononic systems

虽然“狄拉克锥”色散只能在二维（2D）系统中有意义地定义，但狄拉克点的概念可以扩展到三维（3D）经典波动系统。我们发现，一个简单的立方光子晶体组成的核壳球表现出一个三维狄拉克点的中心布里渊区在有限的频率。使用有效介质理论，我们可以将我们的结构映射到零折射率材料，其中有效介电常数和磁导率在狄拉克点频率处同时为零。狄拉克点是六重简并的，由电偶极子和磁偶极子激发的偶然简并形成，每个都有三个自由度。我们发现，在简立方声波晶体中也存在k=0处的三维Dirac点，但与光子系统中的情况不同，声波系统中的三维Dirac点是四重简并的，是由偶极和双极激发的偶然简并形成的。利用有效介质理论，我们还可以将这种声波系统描述为在狄拉克点频率处具有等于零的有效质量密度和体积模量的倒数的材料。对于光子系统和声子系统，带的子集在区域中心附近具有线性色散，并且它们产生等频表面，这些等频表面是半径与（ω-ω_狄拉克）成比例的球体。

Time-domain investigation of a cylindrical acoustic external cloak

Space folding techniques based on non-monotonic transforms lead to a new class of cylindrical isotropic acoustic cloaks with a constant negative density and a spatially varying negative bulk modulus. We consider an external cloak consisting of a core with a positive definite density matrix and a positive compressibility, and a shell with simultaneously negative density and compressibility. Such a core-shell resonant system creates a virtual folded region outside the shell. To handle such negative physical parameters in the time-domain, a two-step strategy is used: (i) assuming resonant (Drude-…

独立实现密度和刚度负性的弹性超材料

Elastic metamaterials for independent realization of negativity in density and stiffness

在本文中，我们提出了一种弹性超材料的实现，允许独立调谐的负密度和刚度的弹性波沿指定方向传播。在电磁（或声学）超材料中，现在可以独立地调整介电常数（体积模量）和磁导率（密度）。显然，调谐方法似乎是直接适用于弹性的情况下，但尚未实现，由于独特的张量物理的弹性，使波动耦合在一个特殊的方式。为了实现独立的可调谐性，我们开发了一种单相弹性超材料支持的理论分析和数值/实验验证。

硅的动力学和化学性质与体积关系的从头算研究

Ab initio study of the volume dependence of dynamical and thermodynamical properties of silicon

基于硅在20 K到120 K之间的负热膨胀效应，我们首先对原子间的力常数、TA（X）和TA（L）模的声子频率以及相应的模Gruneisen参数与体积的关系进行了从头算研究.分析了相邻壳的影响。考虑到次近邻的相互作用，导出了TA（X）和TA（L）模的声子频率和相应的模Gruneisen参数的解析公式。我们还分析了各种热力学性质（比热，体积模量，热膨胀）的体积和压力依赖性，并指出这些属性的声学分支的负模式Gruneisen参数的效果。最后，我们提出的演化的均方原子位移和原子温度因子的温度为不同的体积，其中的异常效应更大。

宽带双负折射率各向异性弹性超材料的拓扑优化

Topology optimization of anisotropic elastic metamaterial with broadband double-negative index

针对超透镜在医学超声和检测领域的应用前景，同时具有负质量密度和负弹性模量的双负材料可以作为突破衍射极限的理想超透镜。本文利用拓扑优化方法设计了具有宽带双负折射率的二维单相各向异性弹性异向介质，并数值模拟了深亚波长尺度下的超透镜效应。我们还讨论了目标函数中的几个参数和约束条件对优化结果的影响。与以往报道的机制不同，我们的优化结构表现出新的四极或多极共振的负质量密度，负的纵向和剪切模量。此外，我们还观察到单相介质中横波的负折射现象。大多数结构可以作为各向异性的零折射率材料，在一定的频率下的纵向或横波。隐身效果的纵向和横波证明。此外，在特定的优化约束条件下，我们设计了一个超各向异性的超材料，表现出双负和双曲色散沿两个主方向，分别。我们的优化工作提供了一个强大的计算方法，在弹性超材料的负折射率工程和指导设计的其他种类的超材料，包括电磁和声学超材料。我们的优化结构的不寻常的性质可能会激发新的想法和新的应用，包括低频振动衰减，平面透镜和超声弹性波在未来。