Sound absorption in Hilbert Fractal and Coiled Acoustic Metamaterials
我们在这里描述了一类声学超材料与分形希尔伯特空间填充和线圈的几何形状，具有相等的弯曲度，以减轻噪音。实验进行使用四麦克风阻抗管和基准对非粘性和粘热有限元模型相关的配置跨越多达五个分形/几何订单。我们表明，可以预测的共振腔相关联的曲折路径的声吸收。对于给定的分形/几何形状阶数，通过使图案内的空气的最小和最大流体颗粒速度之间的差最大化，也增强了特定频率下的声吸收。这些原理可用于设计高性能声学超材料，用于在宽频率范围内的吸声。
2021-11-23 physics.app-ph
MEMS approach to low-frequency broadband acoustic metamaterials
我们实验证明了一个简单的微机电系统（MEMS）的方法，声学超材料，并观察到平均增加近6分贝的经典法律，在低频从200 Hz到1200 Hz的声音衰减。在这里，我们还发现，MEMS元结构，特别是背腔微膜，有助于22.3%的声传输损耗（STL）的增益，穿孔的填充因子小于7.6%。
2018-10-05 physics.app-ph
Multiresonant Layered Acoustic Metamaterial (MLAM) solution for broadband low-frequency noise attenuation through double-peak sound transmission loss response
噪声控制和衰减的问题在广泛的应用中是令人感兴趣的，特别是在低于1000 Hz的低频范围中。声学超材料使我们能够通过不一定依赖于大量质量的解决方案来解决这个问题，但是它们中的大多数仍然存在两个主要挑战：它们依赖于复杂的结构，使得它们难以制造，并且它们的衰减能力仅限于窄的频率带宽。在这里，我们提出了多谐振分层声学超材料（MLAM）的概念，作为一种新型的声学超材料的基础上耦合共振机制。它们的主要优点在于通过适合于大规模制造的分层配置在双峰声音传输损耗响应方面提供增强的声音衰减能力。
2021-07-16 physics.app-ph
Acoustic Willis metamaterials beyond the passivity bound
声学双各向异性，也被称为威利斯参数，通过在本构关系中提供动量和应变之间的非常规耦合来扩展声学领域。共享与电磁学的共同点，声学双各向异性的实现使得能够与适当设计的逆体积模量和质量密度合作来操纵声波。虽然整个本构参数的控制证实了有趣的理论和实际应用，威利斯超材料，使独立和精确设计的极化率尚未开发，以克服目前的限制的最大威利斯约束和非互易性固有的超材料的无源性。在这里，通过扩展最近开发的虚拟超材料的概念，我们提出了声学威利斯超材料，打破了被动性和互易性的限制，同时也实现了解耦控制的所有本构参数与设计的频率响应。通过建立基础卷积核的奇偶对称性的基础上为每个偏振响应，我们实验证明了双各向异性超出了被动介质的限制。此外，通过数字卷积的频率色散的逆设计的概念的基础上，纯非互易介质和介质的宽带，平坦响应威利斯耦合也证明。我们的方法提供了所有可能的独立可编程的极端本构参数和频率色散可调谐性的因果关系条件内访问，并提供了一个灵活的平台，实现声学超材料的全部功能。
2020-07-26 physics.app-ph
Widening, Transition and Coalescence of Local Resonance Band Gaps in Multi-resonator Acoustic Metamaterials: From Unit Cells to Finite Chains
声学超材料中的局域共振带隙具有很强的衰减性和很窄的频带宽度。后者限制了实现宽带衰减的亚波长带隙的实际能力，并且近年来激发了新颖的超材料设计。在本文中，我们研究了声学超材料的行为，其中单元格容纳以不同配置堆叠的多个谐振元件，旨在激发广泛的波传播轮廓，否则无法实现。多谐振器超材料的色散力学是使用纯粹的解析表达式来开发的，该表达式描述并解释了这种系统在单元格水平以及其有限实现的频率响应的潜在动力学。该框架揭示了并联谐振器导致超材料带隙显著加宽的上下带隙边界过渡背后的机制。该分析还说明了具有双周期超级单元的超材料能够表现出一系列色散转变，最终导致声学和光学波段的崩溃解决方案，从而实现局部共振带隙的合并，共振消失以及其间的一些有趣的场景。
2022-01-11 physics.app-ph
Space-time Variant Self-growing Bandgap in Nonlinear Acoustic Metamaterial
材料的能带结构是各种现代技术的重要基础，但它一直被认为是一种时空不变的特征。声学超材料在处理弹性波方面表现出非凡的性能，但传统的实现方法存在带隙窄的问题。在这里，我们首先报告了一种非线性声学超材料，其能带结构自适应的传播距离/时间和带隙表现出自生长的行为源于巨大的非线性相互作用。这种时空自调制特性突出了对能带结构的非传统理解，并且自生长产生了超低和超宽带隙，突破了线性局部谐振带隙的质量定律的限制。我们还阐明了自适应机制。这第一次演示揭示了设想先进的设备和超材料与宽带，时空变化带隙波自我操纵。
2019-07-09 physics.app-ph
Ultrasound Beam Steering with Flattened Acoustic Metamaterial Luneburg Lens
我们报告基于2D和3D扁平声学超材料Luneburg透镜在40 kHz的超声波束转向。利用准保角变换（QCT）技术，求解具有Dirichlet和Neumann边界条件的Laplace方程，得到了透镜的有效特性。设计并制作了二维透镜和三维透镜。数值计算和实验结果表明，这些透镜具有优良的波束控制性能的超声波在近场和远场。
2019-12-02 physics.app-ph
Realizing spatiotemporal effective media for acoustic metamaterials
有效的介质表示是为许多基于超材料的器件提供性能设计方法的基础。虽然最近的作品在扩展到时域的有效介质的概念，直接实现仍然是失踪。在这里，我们构建了一个声学超材料动态切换两种不同的配置与时变卷积内核，它现在可以结合超材料的频率色散和时间调制。我们建立了有效介质公式，在时间上平均的压缩，密度，甚至威利斯耦合参数的两个配置。在有效介质中，不同原子的调制之间的相位无序可以忽略不计。我们的实现使一个高层次的描述超材料在时空域，使许多最近的建议，如无磁非互易性，宽带慢光和菲涅尔阻力使用时空超材料可能在未来的实施。
2021-04-09 physics.app-ph
Wide tailorability of sound absorption using acoustic metamaterials
我们提出了一个实验证明的吸声量身定做，使用声学超材料制成的谐振腔，不依赖于任何耗散材料。正如数值计算所证实的，我们特别表明，使用四分之一波长的深亚波长狭缝制成的谐振器允许入射波的声能的高限制。这导致增强空腔中的耗散，并且因此即使在宽频带上也产生强的声音吸收。最后，我们证明实验中的填充率在定制这样的吸收的关键作用，使用的超材料构成的空间螺旋腔嵌入在聚苯乙烯矩阵。由于其低密度、低体积、宽带和可定制的能力，这为隔音领域的巨大机遇铺平了道路。
2017-09-18 physics.app-ph
Sound insulation performance of multi-layer membrane-type acoustic metamaterials based on orthogonal experiments
本研究针对超材料有效隔声的难题，提出新型三层膜型声学超材料，结合正交实验优化参数，提升了100-1200Hz频段的隔声量并拓宽带宽，为隔声设计提供新方法。
2025-02-22 physics.app-ph
Broadband and intense sound transmission loss by a coupled-resonance acoustic metamaterial
声学超材料的出现开辟了控制声音传输的新领域。然而，一个关键的限制是，基于单位单元中的单个局部谐振器的声学超材料产生受限的窄带衰减峰值;并且当使用多个局部谐振器时，出现的衰减峰值-虽然很多-每个仍然很窄并且由通带分开。在这里，我们提出了一种新的声学超材料的概念，通过两个反共振产生声音传输损耗-在一个带隙中-完全耦合，因此提供了一个宽带衰减范围;这是除了提供一个隔离强度，超过90分贝的两个峰值。下面的耦合谐振机制以具有内部连续孔$-$的单面板、单材料柱撑板结构的形式实现，这是一种实用的配置，其适合于对感兴趣的频率范围（低至亚千赫兹）进行设计调整和优化，并且适合于大规模制造。
2021-06-04 physics.app-ph
A frequency-preserving and time-invariant metamaterial-based nonlinear acoustic diode
我们提出了一个声学二极管或整流器的实现，利用破坏性的非线性效应，如谐波产生和波混合和超材料的过滤能力。与以前的声二极管实现相比，本质的区别和优点在于，本发明同时是时不变的、频率保持的和可切换的设备。这使得它的应用程序也作为一个通断或振幅调谐开关。我们通过数值研究来评估其性能，并在初步的实验实现中证明了其可行性。这项工作可能会提供新的机会，实际实现的单向波传播特性的结构部件。
2018-10-24 physics.app-ph
Experimental Observation of Efficient Nonreciprocal Mode Transitions via Spatiotemporally-Modulated Acoustic Metamaterials
在无损声学系统中，模式转换总是时间可逆的，与洛伦兹互易性一致，从而引起时空中的对称声音操纵。为了克服这一根本性的限制，打破时空对称性，非互易声转向是通过设计和实验实现时空调制声学超材料。该机构不依赖于缓慢的机械部件、不稳定的噪声气流或复杂的压电阵列，而是利用压电薄膜与外部电磁场的耦合，实现了声阻抗的可编程、动态控制，实现了静态、无噪声的声阻抗控制。我们的紧凑型超材料实现了深亚波长尺度的快速灵活的阻抗调制，提供了一个有效的时空单向动量，以实现不同衍射模式之间在k-ω空间的不可逆跃迁。所提出的超材料的非互易波转向功能阐明了理论推导的随时间变化的声学响应，并通过两个独特的例子，单向倏逝波转换和非互易蓝移聚焦的数值和实验证明。这项工作可以进一步扩展到Bloch波的范式，并影响其他振动领域，如非厄米拓扑声学和宇称时间对称声学。
2021-03-18 physics.app-ph
Phased Gradient Ultra Open Metamaterials for Broadband Acoustic Silencing
本文提出相位梯度超开放超材料（PGUOM），通过三个单元胞上的相位梯度将入射声波转换为伪表面波，在保持高通风性的同时实现可调节开放性和持续宽带隔声，并经理论、数值与实验验证。
2024-11-22 physics.app-ph
Topology optimization of pentamode metamaterials for underwater acoustics
Politecnico di Milano（米兰理工大学）；Aix-Marseille Université（艾克斯-马赛大学）
本研究提出了一种自动化拓扑优化方法，用于设计水下应用的五模声学超材料，通过结合低频均质化和共轭方法，实现流体行为并提高结构连通性与可制造性。
2026-02-27 physics.app-ph
Transmission Loss of a Labyrinthine Acoustic Metamaterial Augmented with Multichannel Feedforward Active Noise Control
University of Southampton（南安普顿大学）；Duke University（杜克大学）；University of Sussex（萨塞克斯大学）；Metasonixx Ltd（Metasonixx有限公司）
本文提出将传统前馈主动降噪与迷宫型超表面结合，以提升空间区域内的降噪效果。
2025-09-27 physics.app-ph
Acoustic Zero-Index Metamaterials for Leaky-Wave Antennas
本文提出基于空间盘绕 DZIM 的 ADLWA，通过偶然简并和类 Dirac 色散实现高辐射效率、频率可调波束扫描及移动声源探测。
2024-10-27 physics.app-ph
Design of tunable acoustic metamaterials with periodic piezoelectric microstructure
设计了一种创新的特殊类型的可调谐周期性超材料，适用于实现高性能的声学滤波器。超材料由耦合到局部谐振器的声子晶体组成。这种局部谐振器由封装在压电环中的质量组成，由耗散或非耗散电路分流。通过调谐这样的电路的阻抗/导纳，可以完全调节分流压电材料的本构性质。这一特性为非常规行为铺平了道路，远远超出了经典材料所能实现的能力。由此可见，周期性超材料的声学特性可以自适应地修改，进而为通带和阻带的控制开辟了新的可能性。通过利用推广的Floquet-Bloch理论，平面内自由波在可调超材料中的传播进行了研究，通过改变一定的调谐参数，以显示所提出的分流压电系统作为波传播控制装置的效率。特别注意的是专门用于确定的分流压电相在变换拉普拉斯空间的平面内的本构方程。最后，广泛的可调谐声滤波器的设计方向，旨在实时变化的性能要求，也提供了。
2021-09-26 physics.app-ph
Observation of roton-like dispersion relations in acoustic metamaterials
Roton色散关系在有限动量下呈现明显的“Roton”最小值，这一关系首先由Landau预言，并在低温关联量子系统中得到了广泛的研究。近年来，理论上将类似于Roton的色散关系推广到了经典声学中，但在实际应用中仍然难以实现。在这里，我们报告的实验观察，在环境温度下的超最近邻相互作用的声学超材料的类Roton色散。由此产生的超材料支持多个共存模式，具有相同频率和宽带反向波的不同波矢和群速度，类似于费曼在旋子的上下文中称为“回流”。此外，通过增加长程相互作用的阶数，我们在单个色散带上观察到了多个转动子，这在朗道的预测或其他凝聚态研究中从未出现过。在超材料中实现类旋子色散可以为探索经典系统中量子激发现象的新物理和应用铺平道路。
2021-09-13 physics.app-ph
Design and experimental validation of a finite-size labyrinthine metamaterial for vibro-acoustics: enabling upscaling towards large-scale structures
本文设计并实验验证了一种基于二维单胞和夹层板构型的有限尺寸迷宫型超材料，通过Bloch-Floquet优化实现低中频带隙，并借助界面与空气耦合优化使其振动声学抑制性能大幅超越传统基准方案。
2024-04-16 physics.app-ph
Systematic design and experimental demonstration of transmission-type multiplexed acoustic meta-holograms
声全息在声场重建、粒子操纵、超声触觉和治疗等方面有着广阔的应用前景。本文报道了通过合理设计的透射型声学超材料在音频和超声频率下的多路声全息图的理论、数值和实验研究。所提出的元全息图由每个单元格的两个法布里-珀罗谐振通道组成，这使得能够在两个期望的频率下同时调制透射的振幅和相位。与传统的基于声学超材料的全息图相比，这里提出的设计策略提供了一个新的自由度（频率），可以主动调整全息图，否则完全被动，因此显着增强了编码在声学超材料中的信息。为了演示多路复用声学超材料，我们首先展示了两个不同的高质量元全息图在14 kHz和17 kHz的投影，其中字母N和S的图案。然后，我们演示了两个通道的超声聚焦和环形波束的产生为35 kHz和42.5 kHz的入射超声频率。这些多路复用声学元全息图提供了技术进步，以应对声学超材料，建筑声学和医疗超声领域不断上升的挑战。
2021-01-07 physics.app-ph
Realizing non-Hermitian tunneling phenomena using non-reciprocal active acoustic metamaterials
本文提出一种含麦克风与扬声器的主动声学超材料，通过分布式反馈控制在波导中实现非厄米隧穿，并经有限元仿真与实验验证。
2025-07-23 physics.app-ph
Hybrid TPMS-based Designs for Anisotropic Acoustic Metamaterials: Numerical Simulation and Topology Optimization
本文提出基于混合三周期极小曲面的各向异性声学超材料，通过穷举搜索392,178种设计优化x和y方向的带隙与通带特性，实现定向波导应用。
2025-06-04 physics.app-ph
Digitally virtualized atoms for acoustic metamaterials
通过设计具有结构化原子的定制共振模式，超材料允许我们从天然或复合材料中获得其有限范围之外的本构参数。尽管如此，调谐本构参数在很大程度上依赖于我们在构造超材料原子时修改物理结构或介质的能力，这对许多实时应用中的可调谐范围构成了根本挑战。在这里，我们提出了一个全新的概念，虚拟超材料解除传统的边界固有的超材料原子的物理结构。通过用具有快速数字信号处理电路的设计者数学卷积核替换共振物理结构，我们表明，通过软件定义的频率色散，可以按需对超材料的有效体积模量和密度进行解耦控制。在关模操作中对入射波无干扰，同时在开模中提供可自由重构的振幅、中心频率、带宽和频率色散的相位延迟，我们的方法为波的成型增加了一个额外的维度，可以作为时变超材料的基本构建模块。
2019-07-17 physics.app-ph
Structure-Composition Correspondence in Crystalline Metamaterials for Acoustic Valley-Hall Effect and Unidirectional Sound Guiding
近年来，拓扑绝缘体在凝聚态物理领域有了许多有趣而令人兴奋的发现。值得注意的是，根据行进电子的自旋将电流引导向特定方向的能力对于电子设备具有巨大的潜力。这一新的现象已经被转移到电磁学和声学的经典领域，揭示了导波的赝自旋锁定。然而，这些宏观类似物是固有波长缩放的光子/声子晶体。在这项工作中，我们实现了一个真正的声学模拟的山谷霍尔效应在可听制度使用的苏打罐的格子。这种非常简单的超材料的晶体描述使我们能够通过实验证明，在远小于工作波长的尺度上引导声音的单向激发。这些结果不仅打开了诱人的山谷拓扑现象的可听制度，但也允许设想紧凑的应用程序的声学操纵。
2020-04-21 physics.app-ph
Unfolding engineering metamaterials design: relaxed micromorphic modeling of large-scale acoustic meta-structures
在本文中，我们提出了一个单位细胞显示在较低的声学域的带隙。相应的超材料由这种单元的周期性排列组成。我们严格地表明，只要考虑足够大的样品，松弛的微观模型可以用于大尺度的超材料设计。我们制造的超材料通过金属蚀刻程序应用到钛板，以表明其生产的现实应用是可行的。实验测试也证实了超材料的响应与理论设计是一致的。为了表明我们的微观模型在亚结构设计中开辟了前所未有的可能性，我们设想了一种有限尺寸的结构，该结构能够将弹性能量集中在一个有限的区域中，从而使其能够随后重新使用。事实上，由于引入了一组适定性的微观边界条件，我们可以将不同的超材料和经典柯西材料结合起来，使得振动源产生的弹性能量集中在特定的收集点。这种结构的设计本来是不可能的（通过例如，直接模拟），这是由于亚结构的大尺寸，包括数百个单位单元。
2022-04-14 physics.app-ph
Seismic Negative Belt of Acoustic Metamaterials
介绍了一种人工地震阴影带的防震地震负带。该带由密度与模量之间的一个组成参数为负的吸声材料组成。它将地震波的速度转换为虚部，然后为地震频率范围创建阻带。带是地震波的衰减器，其以指数方式减小波的振幅。地震能量通过地下带后，在空气中转化为声和热，地震波的强度减弱，常规方法难以防御。提出了适用于工程的负密度和负模量模型。
2017-10-30 physics.app-ph
Active Willis metamaterials for ultra-compact non-reciprocal linear acoustic devices
Willis材料是复杂介质，其特征在于四个宏观材料参数，常规的质量密度和体积模量以及两个附加的Willis耦合项，其已被证明能够对机械波的传播进行无与伦比的控制。然而，几乎所有以前的研究威利斯材料涉及被动结构，已被证明有限制，可实现的威利斯耦合条款。在这篇文章中，我们实验表明，线性有源威利斯超材料打破这些限制，使高度非互易的声音传输非常亚波长结构，通过其他方法无法实现的功能。此外，我们提出了一个实验程序来提取有效的材料参数表示的声学极化率的介质中，威利斯耦合条款允许独立变化。这里提出的方法将使新一代的威利斯材料，增强声音控制和改善声学成像和信号处理。
2019-01-21 physics.app-ph
Acoustic metamaterials with spinning components
利用多重散射理论和有效介质理论，我们发现由旋转圆柱阵列组成的声学超材料可以拥有一系列不寻常的特性，包括折叠体和亚波长区域的界面态带。带的折叠起源于旋转引起的有效压缩性的反共振，其频率在旋转圆柱体的角速度，以及在旋转多普勒效应，打破了手征对称性的有效质量密度。随着纺丝筒体填充率的增加，体相带和界面态带都呈现出显著的变化。特别地，当超过临界值时，出现零频率间隙。单向界面态具有有趣的非常规特性，数值模拟显示了其强的单向输运特性。
2019-05-17 physics.app-ph
Time Varying Resonators in Acoustic Waveguides: A Transfer Matrix Formalism for Space-time Modulated Metamaterials
本文提出一种基于模式匹配的传输矩阵方法推广，用于研究声波导管中通过改变腔长调制的时变侧支谐振腔系统，预测了反射和透射场中类多普勒项的产生及其对能带结构的影响。
2025-04-04 physics.app-ph
Dynamics of Coupled Metamaterials: Acoustic Black Hole, Local Resonator & Multistable Oscillator
本文研究了耦合超材料的动力学，包括耦合声学黑洞与局部共振器的超材料梁的波传播，以及一维超材料链中的多稳态非线性振荡器，为工程结构的振动衰减提供新方法。
2024-06-18 physics.app-ph physics.class-ph
Functional acoustic metamaterial using shortcut to adiabatic passage in acoustic waveguide couplers
量子到绝热通道（STAP）是为了加速量子量子态的绝热转移而提出的，在量子光学和集成光学中得到了广泛的研究和应用。本文将STAP引入声学领域，设计紧凑型耦合器和功能性超材料。利用三能级系统中的缀饰态，对声波导的空间变化耦合强度进行了剪裁，使三个短长度声波导之间的声能传递达到理想的效果.结果表明，当中间波导中引入损耗时，声耦合器具有单向特性。更独特的是，当声波的传播被设计为模仿Hadamard变换时，可以通过阵列多个耦合器来构造声学超材料，该声学超材料具有波束分裂功能和单向宽带性能。我们的工作将STAP与声学耦合器以及超材料连接起来，这可能对探索量子技术以促进先进声学器件产生深远的影响。
2022-06-03 physics.app-ph physics.optics quant-ph
On the wave dispersion and non-reciprocal power flow in space-time traveling acoustic metamaterials
本文研究了局部共振声异向介质中非互易波频散问题。推导了基材料和谐振元件的惯性和刚度参数随时间变化的色散关系。结果表明，由此产生的色散偏置onsets有趣的功能，最终在一个打破了声学和光学传播模式和单向本地谐振带隙。推导出的能带结构使用的全瞬态位移响应的有限的超材料进行了验证。提出了一个数学框架来表征调制声学超材料中的功率流，以量化与非互易响应相关的能量传输模式。由于局域共振带隙是尺寸无关的和频率可调的，结果使一类新的亚波长低频单向波导的合成。
2018-01-10 physics.app-ph physics.class-ph
Exploring metamaterials' structures through the relaxed micromorphic model: switching an acoustic screen into an acoustic absorber
虽然在过去的几十年里，具有奇异静态和动态特性的新型超材料的设计引起了人们的广泛关注，但很少有人努力探索它们与其他材料的相互作用。这阻止了（Meta）结构的概念，可以增强超材料的非正统行为，并可以在实际工程应用中使用。在本文中，我们给出了这个具有挑战性的问题的第一个答案，通过显示零静态特征长度的松弛微观模型可以有效地应用于描述简单的元结构的折射特性扩展的频率范围和任何方向的入射波的传播。由于简化模型的结构，我们能够有效地探索不同的配置，并表明，一个给定的元结构可以大大改变其整体的折射行为时，改变特定的元结构元素的弹性性能。在某些情况下，改变与超材料的板接触的均匀材料的刚度，通过将其从声屏蔽（全反射）切换到声吸收器（全透射）来反转结构的折射行为。本论文清楚地表明，虽然研究和增强本征超材料的特性肯定是非常重要的，但更具有挑战性的是实现最终可以促进超材料在实际应用中的使用的元结构的概念。
2020-07-29 physics.app-ph physics.class-ph
Magneto-Mechanical Metamaterials with Widely Tunable Mechanical Properties and Acoustic Bandgaps
机械超材料是一种结构化的人造材料，允许在自然界中观察不到的独特行为，使它们成为广泛应用的有希望的候选者。现有的超材料缺乏可调谐性，因为它们的特性在制造后只能在有限的程度上改变。在本文中，我们提出了一种新的磁机械超材料，允许通过变形模式分支的新概念的大的可调谐性。这种新型超材料的结构采用了使用硬磁软活性材料的非对称接头设计，该设计允许在相反方向的磁场下的两种不同的致动模式（弯曲和折叠）。随后施加机械力导致变形模式分支，其中超材料架构转变成两种明显不同的形状，这两种形状表现出非常不同的变形，并且能够实现诸如机械刚度和声学带隙之类的性质的极大可调性。此外，这种超材料设计可以与具有全局刚度可调性的磁性形状记忆聚合物结合，这进一步实现了声学行为的全局偏移。磁致动和机械致动的结合，以及形状记忆效应，为超材料的新范例注入了无与伦比的可调特性。
2020-06-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Multi-Frequency Acoustic Steering in Rationally Pruned Disordered Networks
波的频率是理解其在结构化介质中传播的关键参数。虽然超材料可以被设计成将变形或波聚焦或转向特定位置，但以不同频率转向多个目标位置的波仍然具有挑战性。在这里，我们表明随机弹性网络的修剪允许实现这样的多目标，多频率声学转向。我们的研究为合理设计多频声学超材料开辟了一条可行的途径。
2022-12-23 physics.app-ph
Reverberation Time Control by Acoustic Metamaterials in a Small Room
本文提出在小房间墙面集成多频亚波长声学共振器，以定制宽带吸声并控制混响时间，实验与数值预测吻合。
2023-08-21 physics.app-ph physics.class-ph
Eigenmode-Guided Amplification via Spatiotemporal Active Acoustic Metamaterials
University of Exeter（埃克塞特大学）
本文提出时空增益-损耗框架，通过交叉耦合非线性反馈实现耦合声学谐振器中本征模的确定性操控，并利用时空扰动突破对称性限制，实现可编程声学能量路由。
2025-11-10 physics.app-ph
Application of Quantum Graph Theory to Metamaterial Design: Negative Refraction of Acoustic Waveguide Modes
本研究将量子图论应用于声学超材料设计，通过含各向异性键长的模型表征空间卷曲结构的色散，构建超表面实现声学表面波非共振负折射，验证了该理论作为超材料设计新范式的有效性。
2024-09-11 math-ph math.MP physics.app-ph
Asymmetric Acoustic Energy Transport in Non-Hermitian Metamaterials
控制和引导声能的能力对于许多工程应用是必不可少的，例如振动和噪声控制、隐形隐身、声学传感、能量收集以及声子开关和整流。声学调节器的实现需要克服波动方程的时间反演性质所固有的基本挑战。通常，这是通过利用时间反演下的奇对称参数或通过引入被动非线性来实现的。前一种方法是功耗，而后者有两个主要的缺点：它具有高插入损耗和输出信号是在一个不同的频率比入射波由于谐波产生收获。在这里，我们采用了一种独特的方法，利用空间分布的线性和非线性损耗的叉形谐振超材料。我们紧凑的设计展示了不对称的声学反射和透射，以及声学开关。与以前的研究相比，我们的非厄米特超材料表现出不对称的传输与高频率纯度的输出信号。
2018-10-30 physics.app-ph physics.optics
Microwave and Acoustic Absorption Metamaterials
在过去的二十年里，波吸收超材料一直是一个持久的话题，不仅受到新的科学进步的推动，而且还受到其广泛的应用潜力的推动。在这篇综述中，我们的目标是提供一些一般性的见解微波和声学系统的吸收机制。通过建立谐振型超材料的普适模型，给出了宽带阻抗匹配的理论条件，并引入了基本因果极限作为评估吸收性能的工具。在这个综合框架下，我们调查了超材料吸收在微波和声学系统中的最新进展，重点是那些推动整体性能接近因果极限。我们注意到一些新的，新兴的亚结构，可以绕过因果限制所施加的约束，从而开辟了一条新的途径，低频吸收。本次审查最后讨论了现有的挑战，可能的解决方案和未来发展的广阔前景。
2022-03-07 physics.app-ph physics.class-ph
Ultra-broadband suppression of sound scattering via illusion metamaterials
针对传统声散射抑制方法带宽有限的问题，提出采用精密结构的亚波长通道幻象超材料引导声波绕障并重构波前，实现超宽带声散射消除与两种幻象效应，推动宽带功能超材料发展。
2023-04-22 physics.app-ph
Non-singular and singular flat bands in tunable acoustic metamaterials
本研究设计并数值演示了二维薄板声学超材料，通过调节张力与弯曲刚度之比及利用晶格几何，实现了非奇异与奇异两类可调平带，并验证了受拓扑保护的鲁棒边界模式，为可调经典系统中的平带物理及声操控建立了框架。
2022-11-11 physics.app-ph
Experimental realization of on-chip topological nanoelectromechanical metamaterials
拓扑机械超材料将凝聚态现象（如非互易性和对缺陷的鲁棒性）转化为经典平台。在小尺度上，拓扑纳米机电超材料（NEMM）可以实现片上声学组件，如单向波导和紧凑的延迟线的移动设备。在这里，我们报告的NEMM声子拓扑绝缘体的实验实现，由独立的氮化硅（SiN）纳米膜，在高频率（10-20 MHz）的二维阵列。我们通过实验证明了边缘状态的存在，通过表征它们的本地化和狄拉克锥状的频率色散。我们的拓扑波导也表现出鲁棒性波导失真和赝自旋相关的运输。建议的设备打开了广泛的机会，开发功能的声学系统的高频信号处理应用。
2018-06-27 physics.app-ph
Robust 3D multi-polar acoustic metamaterials with broadband double negativity
声学负折射率超材料有望实现诊断医学成像的超透镜。尽管最近在该领域取得了进展，但大多数超材料都存在空间对称性低、复杂的迷宫拓扑结构和窄带特征等缺陷，这使得它们难以用于对称亚波长成像应用。在这里，我们提出了一类强大的多腔超材料，并揭示了他们共同的双负机制，使多极（偶极，四极和八极）共振在二维（2D）和三维（3D）的情况。特别是，我们发现明确的关系，从等效电路类比的双负频率范围。此外，实现了宽带单光源和双光源亚波长成像，并通过二维和三维超透镜进行了验证。更重要的是，模拟3D超透镜可以保证全方位的亚波长成像。所提出的多极共振使能的鲁棒超材料和设计方法为更容易操纵亚波长波和实现实用的3D超材料器件开辟了视野。
2019-07-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Unidirectional acoustic metamaterials based on nonadiabatic holonomic quantum transformations
非绝热完整量子变换（Nonadiabatic holonomic quantum transformations，NHQT）在量子计算中得到了广泛的关注和应用，而相关的研究通常仅限于量子物理领域。在这里，我们把NHQT到构建一个单向声学超材料（UDAM）成形经典光束。UDAM由三波导耦合器阵列组成，其中声波的传播模仿NHQT的演变。分析预测，数值模拟和实验测量之间的良好协议证实了NHQT在声学超材料工程中的巨大适用性。本工作将NHQT的研究从量子物理扩展到经典波领域，以设计具有简单结构的超材料，并可能为设计在声隔离，通信和隐身方面具有潜在应用的UDAMs铺平新的道路。
2021-11-09 physics.app-ph physics.class-ph quant-ph
Real-Time Steering of Curved Sound Beams in a Feedback-based Topological Acoustic Metamaterial
我们提出了一种基于反馈的拓扑声学超材料的概念，作为一种工具，用于实现自主和主动引导的声束沿任意弯曲的路径在自由的二维空间。超材料构建块是嵌入在平板波导中的声学换能器。传感器通过预编程控制器处理实时压力场测量结果，在闭环中生成所需的分散分布。特别是，超材料可以被编程为表现出量子拓扑波现象的类比，这使得非常规和异常鲁棒的声束引导成为可能。作为一个例子，我们实现了量子谷霍尔效应通过创建，使用同位压力反馈，在波导的交替声阻抗图案。该模式由不同形状的人工轨迹遍历，这些轨迹是实时可重构的。由于拓扑保护，板之间的声波保持定位在轨迹上，并且不会由于设计中的尖角或缺陷而反向散射。基于反馈的设计可用于实现超材料中的任意物理相互作用，包括非局部、非线性、时间相关或非互易耦合，为在同一可重新编程平台上实现新的非常规声波引导铺平了道路。然后，我们提出了一个非同位控制算法，它模仿另一个量子效应，使声束单向。
2020-10-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Underwater metamaterial absorber with impedance-matched composite
通过使用结构化的钨-聚氨酯复合材料，该复合材料与水阻抗匹配，同时具有慢得多的纵向声速，我们从理论上设计并实验实现了一种水下吸声体，该吸声体在4kHz至20 kHz范围内表现出高吸收，在5.6m × 3.6m水池中用时域方法测量。通过基于集成方案优化设计法布里-珀罗谐振的分布以在宽频率范围内获得阻抗匹配来实现宽带功能。集成吸收体的平均厚度为8.9 mm，处于深亚波长范围（在4 kHz时约为λ/42），并且接近从模拟吸收光谱评估的因果最小厚度8.2 mm。这种结构复合材料代表了一种新型的声学超材料，具有高的声学能量密度，有望在水下应用。
2021-11-03 physics.app-ph
Systematic design and realization of double-negative acoustic metamaterials by topology optimization
双负超声波材料（AMM）在超声、生物医学传感和无损检测等领域具有广阔的应用前景。在同时增加或不增加机制下，考虑不同的微结构对称性、最小结构特征尺寸和有效参数的离散程度，建立了一个统一的拓扑优化框架。然后，我们应用优化框架，提供启发式的共振腔为基础的和空间螺旋超材料的宽带双负性。同时，我们证明了双负性的本质来自新的人工多极LC和米氏共振，可以诱导的控制机制在优化。此外，大量的数值模拟验证了优化的AMM的双负性，负折射，增强的倏逝波和亚波长成像。最后，我们通过实验展示了使用3D打印优化的空间螺旋超材料的所需宽带亚波长成像。目前的方法和宽带超材料为亚波长成像技术提供了理想的AMM构建策略。
2018-11-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Acoustic circular dichroism in a three-dimensional chiral metamaterial
本研究在三维手性超材料中实验证实了声学圆二色性，发现C2对称与非均匀损耗可显著增强该效应，归因于极化带隙和非厄米奇异点，为手性声学传感与操控提供新途径。
2023-01-06 physics.app-ph physics.class-ph
Modeling a labyrinthine acoustic metamaterial through an inertia-augmented relaxed micromorphic approach
我们提出了一个惯性增强的松弛微观模型，丰富了松弛微观模型的作者先前通过一个长期$\text{Curl}\dot{P}$的动能密度。这种丰富的模型使我们能够获得一个良好的整体拟合的色散曲线，同时引入了新的可能性，描述模式与负群速度，已知触发负折射效应。惯性增强模型还允许在对应于截止值的渐近线的值上有更多的自由度。在松弛微态模型的前一个版本中，一条曲线（压力或剪切）的渐近线总是由下一条相同类型曲线的截止线所限定。这个约束在模型的增强版本中不再成立。虽然所获得的曲线拟合总体上具有良好的质量，但对于接近晶胞尺寸的非常小的波长，仍然必须达到完美的定量一致。
2022-04-05 physics.app-ph
Deepening subwavelength acoustic resonance via metamaterials with universal broadband elliptical microstructure
慢声是一种经常被利用的现象，超材料可以诱导，以允许波能压缩，重定向，成像，吸声和其他特殊功能。然而，通常这种慢声结构与空气的阻抗匹配较差，特别是在低频下，因此仅在窄频率范围内表现出强传输。因此，这严重限制了它们在波操纵装置中的应用。在这项工作中，我们设计了一个慢声介质，一半的有效声速在空气中在很宽的范围内的低频，同时保持一个接近空气阻抗匹配。这是通过椭圆形截面的圆柱体的矩形阵列来实现的，这种微结构是通过将变换声学与均匀化相结合来激发的。优化微结构参数，以提供所需的各向异性材料特性以及接近阻抗匹配。然后，我们采用这种微结构，以减少一半的四分之一波长谐振器（QWR）的大小，或等效地减少一半的谐振频率的QWR的给定大小。这在其中吸收材料邻近声音传播的区域（诸如在管道中）的受限环境中的低频音调噪声衰减的背景下提供了显著的空间节省。我们称椭圆形微结构为“通用”，因为它可以用于许多不同的应用。
2017-11-28 physics.app-ph
Chiral Landau levels induced by two in-plane pseudomagnetic fields in underwater acoustic metamaterials
Jiangsu Key Laboratory for Design and Manufacturing of Precision Medicine Equipment, School of Mechanical Engineering, Southeast University（东南大学机械工程学院精密医疗器械设计与制造江苏省重点实验室）；Key Laboratory of Underwater Acoustic Signal Processing (Southeast University), Ministry of Education（教育部水下声学信号处理重点实验室（东南大学））；Advanced Ocean Institute of Southeast University Nantong（东南大学南通海洋研究院）；State Key Laboratory of Acoustics and Marine Information, Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院声学研究所声学与海洋信息国家重点实验室）；Modern Matter Laboratory and Advanced Materials Thrust, The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州）现代物质实验室先进材料课题组）
研究在水下声学超材料中引入两个垂直面内人工伪磁场实现手性朗道能级，通过在狄拉克点打开带隙合成伪磁场，经数值和实验证实其存在及特性，实现水下超声能量灵活操控，为水下声学控制提供新途径。
2026-07-16 physics.app-ph
Gradient index phononic crystals and metamaterials
声子晶体和声学超材料是周期性结构，其有效特性可以随意定制以实现对波传播的极端控制。它们的折射率是从无限周期系统的均匀化中获得的，但是可以局部地改变有限晶体的性质，从而导致折射率的有效梯度（GRIN）。在这种情况下，波的传播可以准确地描述射线理论，并可以设计不同的折射装置在非均匀介质中的波传播的框架。在本文中，我们回顾了不同的设备，已经研究了控制体声波或导声波的基础上梯度声子晶体。
2018-12-23 physics.app-ph
