A Dynamical Effective Medium Theory for Elastic Metamaterials
我们发展了一个动态有效介质理论，以精确地预测弹性异向介质在二维共振频率附近的异常特性。理论表明，通过选择合适的共振散射体，可以使有效体积模量、剪切模量和质量密度为负，从而导致8种可能的波传播类型。该理论不仅为寻找各种具有所需性质的超材料提供了方便的工具，而且给出了这些性质的统一物理图像。在这里，我们展示两个例子。一个在低频处具有大的带隙。另一个具有两个负折射区域：一个是纵波和横波的负折射区域，另一个是仅纵波的负折射区域。
2007-07-08 cond-mat.mtrl-sci
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。
2015-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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。
2016-01-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
3D metamaterial with stiffness and Poisson's ratio approaching negative infinity
我们报道了一种三维机械超材料，同时具有负刚度，负体积模量，负泊松比。这种超材料是粘合剂-壳元件的周期性排列。在压缩下，球壳向内凹陷，导致材料在横向方向上收缩。在较大的变形，通过不稳定性的发生和材料表现出负增量刚度。有趣的是，增量刚度和增量泊松比接近负无穷大（位移控制下）时，跳回观察。我们进一步证明了多负折射率超材料满足强椭圆率条件，因此具有多个单胞的超材料块在位移约束下是稳定的。
2019-03-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phonon band structures of three-dimensional pentamode metamaterials
三维五模超材料是一种近似表现为液体的人造固体，其剪切模量为零。Pentamodes最近已经成为实验现实。在这里，我们计算了它们的声子能带结构的各种参数。与静态连续介质力学一致，我们发现压缩波和剪切波表现出的相速度实际上可以相差一个数量级以上。有趣的是，我们也发现频率间隔超过两个倍频程的带宽，其中获得纯单模行为。在此，由于剪切波的完整三维带隙，仅存在压缩波，因此不可能耦合到剪切模式。这种单模行为可以例如对变形弹性动力学结构很有意义。
2012-10-08 cond-mat.mtrl-sci
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。
2011-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Time-dependent high-contrast subwavelength resonators
在超材料领域，许多有趣的现象都是由于具有空间周期性的结构而产生的。在不定常的结构中，概念上相似的性质可能出现，然而它们具有根本不同的物理含义。在这项工作中，我们研究了亚波长超材料背景下的不定常系统。主要结果是电容矩阵表征的能带结构，概括了以前最近的静态亚波长超材料的工作。这一特性为计算不定常结构的色散关系提供了理论依据和有效的数值方法。我们在几个结构中展示了有趣的波操纵特性。
2021-06-21 cond-mat.mtrl-sci math.AP physics.optics
Effective Medium Theory for Elastic Metamaterials in Thin Elastic Plates
提出了薄板弯曲波共振和非共振异向介质的有效介质理论。该理论提供了封闭形式的表达式的有效参数的安排，在薄板中的夹杂物或谐振器作为一个功能的填充分数的夹杂物，其物理性质和频率。它表明，正或负的有效弹性参数是可能的，这取决于共振的对称性，但与体弹性波不同的是，负质量密度行为的原因是单极项，而负杨氏模量和泊松比是由于单极和四极共振的组合，也表明，至少对于散射系数的第一阶，偶极共振在有效介质的描述中不起作用。给出了非共振和共振有效参数的几个例子，并用多次散射理论对结果进行了验证。
2014-10-05 cond-mat.mtrl-sci
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。
2016-11-06 cond-mat.mtrl-sci
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。
2014-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Biharmonic Split Ring Resonator Metamaterial: Artificially dispersive effective density in thin periodically perforated plates
本文提出了一种理论和数值分析的弯曲波定位在边界上的柏拉图晶体的积木是分裂环谐振器（SRR）。我们首先推导出均匀化的参数的结构板使用三尺度渐近展开的线性化双调和方程。在极限时的弯曲波的波长远大于典型的异质性尺寸的柏拉图晶体，我们表明，它表现为一个人工板与各向异性的有效杨氏模量和色散的有效质量密度。然后，我们分析色散图与弯曲波传播的无限阵列内的SRR，本征解的Floquet-Bloch波的形式寻求。我们最后证明，这种结构显示了全角度负折射（AANR）的特点，它导致超透镜和超折射效应，解释感谢我们的均匀化模型作为负和消失的有效密度的结果，分别。
2014-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Metamaterials with Negative Compressibility Transitions
当张紧时，普通材料沿着所施加的力的方向膨胀。在这里，我们探索网络概念，设计超材料表现出负压缩性过渡，在此期间，一种材料经历收缩时张紧（或膨胀时加压）。材料在施加张力的相同方向上的连续收缩，以及对该张力的响应，本质上是不稳定的。然而，我们所证明的概念上类似的效果可以通过使成分的（Meta）稳定平衡不稳定来实现。这些失稳引起应力诱导的固-固相变与扭曲的应力-应变关系的滞后曲线。负压缩性转变的应变驱动对应物是力放大现象，其中变形的增加引起响应力的不连续增加。我们建议，所提出的材料可能是有用的致动器，力放大器，微机械控制和保护装置的设计。
2012-07-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
High Bulk Modulus Pentamodes: the Three-Dimensional Metal Water
Politecnico di Milano（米兰理工大学）
本文针对现有五模材料体积模量远低于液体的问题，提出基于绳索运动学的细纤维连接杆新几何结构，设计出低频声学特性与水无法区分的三维金属水超材料，并分析了剪切带隙及几何参数对高频动态特性的影响。
2026-10-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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。
2013-07-01 cond-mat.mtrl-sci
