Topological mechanics of gyroscopic metamaterials
拓扑机械超材料是一种人工结构，其不寻常的特性与电子和光学材料一样受到保护。在这里，我们提出了一个实验和理论研究的主动超材料-包括耦合陀螺仪的晶格-打破时间反演对称。这些新结构的振动光谱显示出一个由拓扑保护的边缘模式填充的声波间隙，这些边缘模式仅在一个方向上传播，不受无序的影响。我们提出了一个数学模型，解释了如何通过控制底层晶格的扭曲的边缘模式的手征可以切换。这种效应允许根据需要确定边沿电流的方向。我们设想这些边缘模式的应用程序的无损耗，单向，声波波导的设计，并在实验中证明这一功能。
2015-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Explosive rigidity percolation in kirigami
控制kirigami的连接性和刚性，即切割纸张以将其部署到铰接系统中的过程，对于kirigami在艺术，科学和技术中的表现至关重要，因为它为所得的超材料提供了一系列机械和几何特性。在这里，我们结合确定性和随机性的方法来控制kirigami的刚性使用的权力$k$的选择，一种方法借用的统计力学的爆炸渗流过渡。我们表明，几种方法刚性kirigami系统通过增量改变连接或刚性的个别组件，使我们能够控制的性质的爆炸性过渡的选择规则的选择。我们的研究结果为机械超材料的设计和控制提供了简单的经验教训。
2022-11-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Multistable Topological Mechanical Metamaterials
在过去的十年中，物质的量子拓扑态的概念已经被广泛用于创建具有拓扑保护功能的机械超材料，例如单向边缘状态和拓扑极化弹性。麦克斯韦晶格代表了一类拓扑机械超材料，当它们被拓扑极化时，它们在边缘/界面处表现出独特的鲁棒机械特性。在这些材料中实现拓扑相变将使这些边缘状态的开关成为可能，从而为编程机械响应和波传播提供前所未有的机会。然而，由于机械和几何约束，这种转变在麦克斯韦拓扑超材料中的实验控制极具挑战性。在这里，我们创建了一个麦克斯韦晶格与量子单元实现拓扑状态之间的同步转换，并证明了显着不同的刚度之间的晶格变换拓扑相位理论和实验。通过将多稳态与拓扑相变相结合，这种超材料首次不仅表现出快速可逆变化的拓扑保护机械特性，而且还为创新机械计算架构和可重编程神经形态超材料提供了丰富的设计空间。此外，我们使用多材料3D打印设计和制造了拓扑Maxwell晶格，并展示了通过增材制造实现小型化的潜力。这些设计原理适用于可变换拓扑超材料的各种任务，如可切换的能量吸收，冲击缓解，波剪裁，神经形态超材料，和受控变形系统。
2022-07-12 cond-mat.soft physics.app-ph
Deformation characteristics and mechanical properties of a non-rigid square-twist origami structure with rotational symmetry
非刚性折纸图案可以提供更多的灵活性比他们的刚性对应物在机械超材料的设计，由于同时变形的小平面和折痕，但其复杂的变形模式使得定量表征和编程的机械性能的一个具有挑战性的任务。本文通过双轴拉伸实验和有限元模拟相结合的方法，研究了具有旋转对称性的非刚性方形扭转折纸结构的拉伸行为。通过对刻面变形和折痕旋转的详细分析，揭示了结构的张紧、解锁和展平3个阶段的变形过程，得到了能量、力和刚度曲线中几个关键特征与结构变形的关系。在此基础上，建立了结构几何参数和材料参数与结构变形能、初始峰值力和最大刚度之间的经验模型，并通过实验进行了验证。使用该模型，结构的力学性能可以准确地预测和编程的基础上特定的工程要求，从而服务于开发新的可编程机械超材料的基础上的家庭的平方扭转折纸。
2021-09-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Realization of a Topological Phase Transition in a Gyroscopic Lattice
拓扑超材料在它们的边界处表现出不寻常的行为，例如单向手征波，其受到它们的能带结构的拓扑特征的保护。通过拓扑相变实时调整这种材料的能力可以使保护波用于信息存储和读出。在这里，我们动态地调整通过拓扑相变打破反转对称性的超材料组成的相互作用的陀螺仪。通过跃迁，我们跟踪了边缘模局域长度的发散和表征材料能带结构拓扑的陈数的变化。这项工作提供了一个新的轴，调整机械拓扑超材料的响应。
2017-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Assur graphs, marginally jammed packings, and reconfigurable metamaterials
等静压框架是同时具有刚性和无自应力状态的力学网络，并且是理解软物质中的相变和机械超材料设计的有力概念。在这里，我们分析均衡框架的子结构，通过将“阿苏尔图”推广到环面，并在物理系统中检查它们。我们表明，接触网络的边缘堵塞填料的方法环面阿苏尔图的热力学极限，并演示如何阿苏尔图提供了一个新的设计原理，机械超材料中的运动和应力可以传播的可重构的路径，而整个结构的刚度保持。
2022-12-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft math-ph
Topological modes bound to dislocations in mechanical metamaterials
机械超材料是一种具有特殊性质的人工结构，如负泊松比、双稳态或可调振动性质，这些性质起源于它们的晶胞几何结构。这种不寻常行为的核心通常是一种软模式：一种不会显著拉伸或压缩组成元素之间联系的运动。当由电机或外部磁场激活时，软模式成为机器人和智能材料的构建模块。在这里，我们证明了拓扑软模式的存在，可以定位在所需的位置在超材料，同时对广泛的结构变形或材料参数的变化是强大的。这些受保护的模式，局部位错，是在电子系统中的缺陷绑定到拓扑状态的机械模拟。我们创建物理实现的拓扑模式在原型的戈薇格建成了刚性三角板。我们从数学上表明，它们起源于两个Berry阶段之间的相互作用：伯格斯矢量的位错和拓扑极化的晶格。我们的工作为分子机器人或信息存储和读出的工程拓扑保护纳米机械结构铺平了道路。
2015-04-23 cond-mat.soft
Transformable topological mechanical metamaterials
机械超材料是一种工程材料，它从结构而不是成分中获得了显著的机械性能，如负泊松比、负压缩性、声子带隙和拓扑声子模。在这里，我们提出了一种新的设计原则，基于整个结构的均匀软变形，允许超材料立即和可逆地在具有对比的机械和声学特性的状态之间转换。这些性质受到整个结构的声子带的拓扑结构的保护，因此对无序和噪声具有高度鲁棒性。我们讨论的一般分类，表现出这种软变形的所有结构，并提供具体的例子来演示如何利用软变形转换系统之间的不同制度，使显着的变化，其属性，包括边缘刚度和声速，可以实现。
2015-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Geared topological metamaterials with tunable mechanical stability
拓扑绝缘体的发现动摇了绝缘体和导体的分类，拓扑绝缘体在边缘处导电，但在主体中不导电。在力学中，指定一种材料是绝缘的还是导电的，就等于问它是刚性的还是柔性的。虽然已经提出了显示拓扑松弛模式的机械结构，但它们都容易受到全局崩溃的影响。在这里，我们设计和构建机械超材料，是稳定的，但能够窝藏保护边缘和体模，类似于那些在电子拓扑绝缘体和Weyl半金属。要做到这一点，我们利用齿轮组件，不像弹簧连接的点质量，包括平移和旋转自由度。全局结构稳定性是通过消除延伸通过组件的集体齿轮旋转的几何挫折来实现的。机械模式的拓扑鲁棒性使它们在从工程宏观结构到微机器中潜在使用的齿状微转子网络的尺度上具有吸引力。
2016-10-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Optimizing properties on the critical rigidity manifold of underconstrained central-force networks
本文提出一个设计多功能机械超材料的框架，通过欠约束中心力网络的临界刚性流形参数化，实现刚性调节并优化其他性质（如刚度或自组装性）。
2024-07-18 cond-mat.soft
4D printing of mechanical metamaterials
机械超材料由于其独特的性能和功能，其微/纳米级设计的形状，包括几何形状和拓扑结构，也许是最重要的方面。4D打印使机械超材料形状的可编程、可预测和精确变化成为可能，以实现多功能性、自适应特性以及使用简单3D打印无法实现的其他类型的所需行为。本文概述了4D打印在机械超材料中的应用。它首先提出了什么是4D打印和什么形状方面的系统定义（例如，几何形状、拓扑结构）与机械超材料的4D打印相关。本文没有关注不同的打印工艺和材料，而是解决了将平面构造转换为目标3D形状所需的变形行为的最基本方面（即，2D到3D变形）或将3D形状变换为另一3D形状（即，3D到3D变形）。在这两种情况下，我们将讨论刚体形状变形（例如，刚性折纸）以及可变形的身体变形。本文最后讨论了将4D打印应用于机械超材料所面临的主要挑战，并提出了未来研究的几个领域。
2021-05-23 cond-mat.soft physics.app-ph
Design of pseudo-mechanisms and multistable units for mechanical metamaterials
机械--由完美的铰链连接的刚性元件的集合，这些铰链表现出零能量运动--激发了各种机械超材料的设计。我们显着扩大了这个设计空间，考虑伪机构，集合弹性耦合元件，表现出非常低的能量成本的运动。我们表明，他们的几何设计一般是不同于那些真正的机制，从而开辟了一个大的，几乎未开发的设计空间。我们通过设计具有双稳态和三稳态能量景观的构建块来进一步扩展这个空间，通过3D打印实现这些，并展示这些如何形成多稳态超材料的单位单元。
2021-06-05 cond-mat.soft
A classification of magnetic frustration and metamaterials from topology
本文研究了拓扑物理与阻挫系统和超材料中零模之间的关系。存在于拓扑物质中的零模与对称性破缺产生的零模不同。顺便说一句，受抑系统和超材料的一个突出方面也是以偶然简并的形式隐藏这种零模式。从这两个明显不同的现象线索，我们问一个简单的问题：强大的功能，挫折拓扑保护，如果是这样，我们可以分类不同类型的挫折使用拓扑结构？在回答这些问题时，我们调用拓扑力学的工具来确定起作用的关键代理，即刚性矩阵，这是一个非厄米矩阵，并决定了拓扑结构的自旋波零模的阻挫磁体或声子模式的超材料。理论的进一步发展依赖于结合我们对Maxwell约束计数的理解的最新发展，并将厄米矩阵的十重分类推广到非厄米矩阵。其结果是一个三重的方式分类为每个麦克斯韦计数指数。我们说明的类，证明了一个新的涡状不变的真实刚度矩阵使用随机矩阵的存在，并通过例子挫折自旋模型。因此，通过对所有的刚性矩阵进行分类，我们通过将其与拓扑不变量联系起来，回答了一类广泛的受抑磁体和超材料中的受抑起源（即以偶然简并形式存在的零模式）的问题。
2018-07-02 cond-mat.soft cond-mat.str-el
Topological sound in active-liquid metamaterials
由自推进粒子组成的液体已经通过使用分子、胶体或宏观成分在实验上实现。这些活性液体即使在没有外部驱动的情况下也可以自发地流动。与自发活动流不同，密度波在受限活动液体中的传播还没有得到很好的研究。在这里，我们利用一个合成规范场的手征流和电子的顶部的密度波之间的映射布局的人工结构的拓扑有源超材料的设计原则。我们设计的超材料，打破时间反演对称使用晶格组成的环形通道充满了自发流动的活性液体。这种有源超材料支持拓扑保护的声音模式，单向传播，没有反向散射，沿着样品边缘或畴壁，尽管过阻尼粒子动力学。我们的工作说明了如何宇称对称性破缺超材料结构结合微观不可逆性的活性物质导致新的功能，不能实现仅使用被动材料。
2016-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Selective buckling via states of self-stress in topological metamaterials
导致零净力的结构元件的自应力、张力和压缩状态在确定从桥梁到具有可调机械性能的超材料的结构的承载能力方面起着重要作用。我们利用最近引入的一类类似于拓扑量子态的自应力态，在周期性细胞异向材料的内部塑造局部屈曲区域。虽然拓扑状态的自应力出现在一个理想化的机械框架的线性响应的谐波弹簧连接的自由铰链关节，他们留下了一个独特的签名，在非线性屈曲行为的蜂窝材料的弹性梁与刚性关节。这些局部屈曲区域的显著特征是，就其组成元素的材料参数或连接性而言，它们与周围环境无法区分。此外，它们对广泛的结构扰动具有鲁棒性。我们证明了这种拓扑设计的有效性，通过分析和数值计算，以及屈曲实验上的二维和三维的超材料建成的堆叠戈薇晶格。
2015-08-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Localizing softness and stress along loops in three-dimensional topological metamaterials
拓扑状态可用于控制沿着边缘或围绕局部缺陷的材料的机械性质。弹性网络的表面刚性由称为极化的体积拓扑不变量表征;具有明确定义的均匀极化的材料显示出取决于极化相对于终止表面的取向的显著的边缘柔软度范围。然而，在迄今为止提出的所有三维机械超材料中，拓扑边缘模式与体软模式和所谓的Weyl环混合。在这里，我们报告了一个有间隙的3D拓扑超材料的设计，具有均匀的偏振，显示相对表面上的软模式的数量之间的相应的不对称性，此外，没有散装软模式。然后，我们使用这种结构，包括缺陷结构-位错环-是独特的三维局部化的拓扑软模式的材料的内部区域。我们推导出一个一般公式，涉及软模式和状态的数量的差异本地化沿位错环的矢量三角形形成的晶格极化，伯格斯矢量，和位错线方向的手性。我们的研究结果提出了一种新的策略，预编程故障和软定位沿线的3D，同时避免扩展的周期性故障模式与外尔循环。
2017-08-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Textile hinges enable extreme properties of mechanical metamaterials
本文提出通过制造和集成纺织铰链，为创建具有类机构行为的大型结构化机械超材料提供了可扩展平台，并结合运动学优化工具实现了极端的形状变形响应。
2024-08-28 cond-mat.soft physics.app-ph
Integrating local energetics into Maxwell-Calladine constraint counting to design mechanical metamaterials
针对经典Maxwell-Calladine约束计数忽略组分变形能量成本的局限，研究推导了纳入局域能量特性的推广定理，并结合群表示论设计可通过对称性差异调控外力响应的力学超材料。
2024-03-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Origin and localization of topological band gaps in gyroscopic metamaterials
相互作用的陀螺仪网络已被证明是理解和利用有限频率拓扑激励的通用结构。自旋组件引起带隙和拓扑保护波传输沿系统的边界，无论陀螺仪被安排在一个晶格或在一个无定形的配置。在这里，我们研究的不相关的周期性秩序产生拓扑间隙。从我们的模型超材料的辛动力学出发，我们提出了一个通用的方法来预测是否存在间隙，并近似陈数仅使用网络的局部特征，绕过昂贵的对角化系统的动态矩阵。然后，我们研究了强无序如何与陀螺超材料中的能带拓扑相互作用，并发现非晶陀螺陈氏绝缘体表现出类似的临界行为的周期性晶格。我们的实验和模拟还揭示了一个拓扑安德森绝缘过渡，其中无序驱动一个平凡的阶段到拓扑之一。
2020-12-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Tunable Snapping and Rigid Foldability in the Mars Origami Pattern
Franklin & Marshall College（富兰克林与马歇尔学院）；Princeton University（普林斯顿大学）
研究揭示火星折纸图案因几何不兼容导致非刚性折叠，产生可重复的突跳不连续性，并通过激光刻痕实现突跳幅度的连续调节。
2026-06-11 cond-mat.soft math-ph math.MP
Beaded metamaterials
本文提出串珠超材料平台，通过在纤维织物中嵌入离散刚性珠子引入可调刚度与承载能力，并以壳状珠子实验揭示摩擦、材料和几何对力学行为的影响。
2024-04-05 cond-mat.soft
Non-orientable order and non-Abelian response in frustrated metamaterials
从原子晶体到鸟群，大多数有序形式都可以用自发对称性破缺的概念来描述。这种范式受到拓扑秩序的发现的挑战，在材料中，可访问状态的数量不仅取决于对称性破缺的数量，而且还取决于空间拓扑。然而，直到现在，拓扑序的概念一直与量子纠缠联系在一起，因此在经典系统中仍然遥不可及。在这里，我们表明，古典系统的全球几何挫败齐次秩序的出现，实现了一个意想不到的形式的拓扑秩序定义的非定向序参数束：非定向序。我们通过设计在均匀载荷下自发地打破离散对称性的受抑机械超材料，从实验和理论上验证了这一概念。虽然传统的顺序导致一个离散的基态简并，我们表明，不可定向的顺序意味着广泛的基态简并-在拓扑保护的零节点和零线的形式。我们的超材料通过对称性破缺摆脱了传统的有序分类。考虑到更一般的应力分布，我们利用不可定向的顺序，工程师强大的机械记忆，并实现非阿贝尔机械响应，携带的印记编织的本地负载。我们设想这一原理为设计材料开辟了道路，这些材料可以在从力学到光子学和磁学的多个物理领域中稳健地处理信息。
2021-11-27 cond-mat.soft
Scalable 3D printing for topological mechanical metamaterials
机械超材料是被设计为表现出奇异响应的结构，例如表面处的拓扑软模式。在这里，我们通过将球和弹簧模型转换为物理原型来探索这些拓扑结构的单材料3D打印。通过单轴压缩具有边缘刚性的3D打印固体，我们观察到表面始终比主体柔软。然而，我们也发现，两个相对的表面中的任何一个都可以是最软的，与线性模型的拓扑鲁棒预测相反。电子元模拟使我们能够弥合这一差距。我们探讨了印刷几何形状和变形幅度如何影响表面柔软度。对于小应变，我们发现定性协议与球和弹簧模型，但令人惊讶的是，非线性变形可以选择哪一边是最软的。我们的工作将真实3D材料的拓扑力学预测及其在缓冲应用中的潜力联系起来。
2022-06-23 cond-mat.soft
Graph-theoretic estimation of reconfigurability in origami-based metamaterials
基于折纸的机械超材料由于其多功能和可重构的结构，最近受到了重大的科学兴趣。然而，当每个折纸单元可以采取多个阶段时，考虑折纸组件的所有可能的几何配置通常是具有挑战性的。在这里，我们调查的折纸为基础的细胞结构组成的波纹管状的单位细胞，特别是立浦多面体（TMP）的镶嵌的可重构性。TMP的独特之处之一是单个电池可以以刚性可折叠的方式呈现四个不同的相。因此，TMP镶嵌可以从一个原始给定的组件实现各种形状。为了评估折纸相位组合的天文数字的几何有效性，我们建立了一个图形理论框架来描述单位细胞的连通性，并分析镶嵌的可重构性。我们的方法可以为开发一个系统的计算工具来设计具有定制特性的折纸基机械超材料铺平道路。
2021-07-11 cond-mat.soft math.CO
Soft 3D Metamaterial for Low-Frequency Elastic Waves
Department of Mechanical Engineering, Stanford University（斯坦福大学机械工程系）
本研究提出了一种柔性的3D超材料，用于低频弹性波控制，通过结合3D打印弹性体和液态金属共振结构，实现亚波长带隙和高衰减性能。
2026-02-01 cond-mat.soft
Nonlinear mechanical metamaterial cloaks
针对非线性机械系统隐身难题，提出将隐身转化为复现目标响应的优化问题，并用可微仿真与梯度优化设计刚性单元超材料，经仿真和实验验证其静、动态隐身与扰动屏蔽能力。
2025-08-29 cond-mat.soft physics.app-ph
Multi-functional Twisted-Kagome lattices: Tuning by Pruning Mechanical Metamaterials
本文研究了随机稀释晶格中的声子和弹性响应，该随机稀释晶格是通过将具有体积模量$B=0$和剪切模量$G>0$的扭曲的kagome晶格与具有$B>0$和$G>0$的广义无扭曲的kagome晶格或具有$B>0$和$G=0$的蜂窝晶格组合（通过添加次近邻键）而构建的。这些晶格表现出类似堵塞的临界端点，在该临界端点处，$B$、$G$或$B$和$G$两者从零不连续地跳跃，而剩余模量（如果有的话）开始从零连续地增长。成对的这些堵塞点由连续的刚性渗透转变线连接，在该连续的刚性渗透转变线处，$B$和$G$都开始从零开始连续增长。泊松比和$G/B$可以在它们的物理范围内通过随机稀释以类似于随机堵塞晶格中的“通过修剪进行调谐”的方式连续调谐。这些晶格可以用现代技术生产，例如3D打印，用于构建超材料。
2020-04-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mechanical modeling of innovative metamaterials alternating pentamode lattices and confinement plates
本研究探讨一类新型的机械超材料交替五模晶格和加劲板的力学行为。这种晶格的晶胞由面心晶胞的子晶格组成，面心晶胞通常在关于五模材料的当前文献中分析。所研究的系统表现出只有三个软变形模式在无限小拉伸为主的制度，而不是五个零能量模式的无约束五模晶格。我们开发的垂直和弯曲刚度特性的分析公式，并研究这些量的主要设计参数的依赖关系：晶格常数，固体体积分数，杆的横截面积，和层厚度。一个值得注意的结果是，所分析的结构的有效压缩模量等于三分之二的杨氏模量的最硬的各向同性弹性网络目前在文献中，伴随着零刚度对无穷小的剪切和扭转机制。使用拟议的超材料作为新型的地震隔离设备和冲击保护设备进行了讨论，通过绘制与替代设备的响应比较已经可用或正在开发中。
2019-11-30 cond-mat.soft physics.app-ph
Conformal Elastodynamics in 2D Dilational Metamaterials
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Harvard University（哈佛大学）；Le Mans Université（勒芒大学）
本文研究了一种二维扩张元材料，通过刚性正方形与柔性铰链连接实现均匀扩张，表现出泊松比-1的共形对称性，揭示了低频响应由旋转与边界扩张主导，高频下动量守恒特性为非线性波控制提供新途径。
2026-04-17 cond-mat.soft physics.app-ph
Nonlinear conduction via solitons in a topological mechanical insulator
由关节连接的刚性杆网络（称为连杆）提供了一个最小的框架来设计由折叠组件构建的机器人手臂和机械超材料。在这里，我们研究了一个链状的联系，根据线性弹性，表现得像一个拓扑机械绝缘体的零能量模式本地化的边缘。我们使用链的原型进行的简单实验生动地说明了最初定位在边缘的软运动实际上可以毫无阻碍地一直传播到另一端。我们证明使用真实的原型，模拟和分析模型，链是一个机械导体，其载波是非线性孤立波，而不是捕获线性弹性。事实上，链接原型可以被视为拓扑超材料的最简单的例子，其受保护的机械激励是孤子，在不同的拓扑机械相位之间移动畴壁。更实际地说，我们已经建立了一个拓扑保护机制，可以执行基本任务，例如将机械状态从一个位置传输到另一个位置。我们的工作铺平了道路，走向采用拓扑鲁棒性的原则，在设计的机器人组装从激活的联系，以及在复杂的分子纳米结构的制造。
2014-08-13 cond-mat.soft
Active Solids Model: Rigid Body Motion and Shape-changing Mechanisms
针对含零能形变模式与噪声的活性固体非线性动力学不明的问题，提出应力传播可自发驱动多种软模式，通过绝热近似映射到有效朗道自由能预测模式选择与集体动力学起始，为生命及机器人材料设计提供新方向。
2024-01-27 cond-mat.soft
An additive framework for kirigami design
本文提出一种基于负空间四杆连杆递推关系的剪纸超材料加法设计框架，将逆向设计转化为线性代数迭代过程，避免非凸全局优化，实现刚性可展开、可重构图案的高效设计与制造。
2023-05-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cs.CG
Topology shared between classical metamaterials and interacting superconductors
超对称性已经在由刚度矩阵和非相互作用量子哈密顿描述的超材料的正常模式之间的线性水平上被研究。经典和量子之间的联系是通过每个问题所涉及的矩阵来实现的。最近，通过Poincaré-Hopf指数定义拓扑指数，发现了对非线性力学系统行为的洞察。事实证明，由于数学上的相似性，这个拓扑指数显示了一种从经典力学接近超对称量子理论的方法。利用这种数学上的相似性，我们建立了等静压机械超材料和超对称量子系统之间的拓扑连接，如电子耦合到金属和超导体中的声子。首先，我们定义$Q_{net}$的均衡力学系统，计数的最小数目的零能量配置。其次，我们写了一个描述金属或超导体与非简谐声子相互作用的超对称哈密顿量。这个哈密顿量有一个Witten指数，一个拓扑不变量，可以捕捉玻色子和费米子零能态的平衡。我们能够连接这两个系统，表明$Q_{net}=W$在非常一般的条件下。我们的结果表明：（1）经典超材料可以借助超对称性来研究相互作用量子系统的拓扑结构;（2）通过对声子的非谐性和Majorana费米子与声子之间的耦合进行微调，可以实现与经典力学系统具有相同拓扑结构的超对称量子系统.
2022-07-20 cond-mat.soft cond-mat.str-el quant-ph
Topological rigidity in twisted, elastic ribbons
针对基于Bonnet等距变换的扭曲非欧几里得薄片，建立其形变理论，揭示不可定向性及可定向条带中单位法向量缠绕带来的对称性全局实现阻碍，为多重扭曲连接条带的软形变模式构建提供条件。
2025-08-25 cond-mat.soft
Switchable phonon diodes using nonlinear topological Maxwell lattices
拓扑力学的最新进展揭示了一类具有拓扑保护的软边模的麦克斯韦晶格。这些模式导致强烈不对称的弹性波响应。在本文中，我们展示了如何拓扑麦克斯韦晶格可以用来实现非互易传输的弹性波。我们的设计利用了与拓扑松弛边缘模式的可用性相关的不对称性和机械系统响应中内置的几何非线性，以实现所需的非互易行为，这可以通过添加现场钉扎电位进一步转变为强烈的单向声子输运。此外，我们表明，非互易波传输可以通过拓扑相变打开和关闭，铺平了道路的细胞超材料，可以作为可调拓扑保护声子二极管的设计。
2019-08-15 cond-mat.soft
Computational method for highly-constrained molecular dynamics of rigid bodies: coarse-grained simulation of auxetic two-dimensional protein crystals
越来越多的蛋白质基超材料需要可靠和有效的理论和计算方法来研究它们可能显示的物理化学性质。在这方面，我们开发了一种基于分子动力学（MD）的模拟策略，该策略解决了拉胀二维蛋白质晶体的几何自由度。这个模型由一个不可穿透的刚性正方形网络组成，这些正方形通过无质量的刚性杆连接起来。我们的MD方法扩展了著名的协议SHAKE和RATTLE，包括高度非线性的完整和非完整的约束，强调各向异性刚体之间的碰撞检测和响应。所提出的方法，使长时间的动态模拟合理的大时间步长。从模拟中提取的数据可以表征蛋白质亚基的动态相关性，这些亚基在整个阵列中表现出持久的运动相互依赖性。另一方面，非完整约束（子单元之间的碰撞）增加了网络的非均匀变形的数量，从而使其远离各向同性响应。我们的工作提供了蛋白质晶体动力学的第一个长时间尺度模拟，并提供了对这些材料所提供的有前途的机械性能的见解。
2020-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft nlin.CD
Geometry and Mechanics of Ribbon Gridshells
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；ESPCI Paris, PSL University, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Diderot（巴黎高等物理化工学院，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，索邦大学，巴黎第七大学）
本文提出带状网格壳作为薄片超材料模型，通过几何约束实现可调Gaussian曲率分布，并给出粗粒化方程与逆设计方法，实验和数值验证了其刚性与异常软性并存的丰富力学行为。
2026-10-05 cond-mat.soft
Amorphous topological insulators constructed from random point sets
电子绝缘体的能带结构在拓扑学上可能是非平凡的，这一发现揭示了具有新性质的电子物质的不同相。最近，机械晶格已被发现有类似的丰富的结构，在他们的声子激发，产生受保护的单向边缘模式，其存在被证明在晶格中的相互作用陀螺仪和耦合摆。然而，在所有这些情况下，以及在其他拓扑超材料中，底层结构被精细地调整，无论是通过周期性，准周期性还是等静压性。在这里，我们表明，无定形机械陈省身绝缘体组成的相互作用的陀螺仪可以很容易地从任意的底层结构，包括超均匀，堵塞，准晶体，均匀随机点集。虽然我们的研究结果适用于机械和电子系统一样，我们专注于网络的互动陀螺仪作为一个模型系统。局部装饰控制的拓扑结构的振动光谱，赋予非晶结构的保护边缘模式-与手性的选择。使用一个真实的空间推广的陈数，我们调查的拓扑结构的数值，分析和实验。我们的方法的鲁棒性，使非晶拓扑超材料的微观和宏观尺度上的拓扑设计和自组装。
2018-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.class-ph
Chiral topological phases in designed mechanical networks
质量-弹簧网络（MSNs）长期以来一直被用作许多生物和工程系统的近似描述，从肌动球蛋白网络到机械桁架。在过去的十年中，MSNs重新吸引了理论兴趣，作为具有奇异性质的声子超材料的模型，如负泊松比，负有效质量或带隙振动光谱。MSNs的一个实际优点是它们的调谐，这允许反向设计具有预定带隙的材料。基于这一事实，我们在这里证明，设计的MSN，当受到科里奥利力，可以主机拓扑保护的手性边缘模式在预定的频率，从而使强大的单向传输的机械波。与最近发现的其他拓扑材料类似，MSNs的拓扑相可以通过与时间反演对称性破缺相关的陈省身不变量进行分类。
2019-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Observation of mechanical kink control and generation via phonons
本研究借助拓扑超材料首次实验观测到声子对机械扭结的确定性控制与产生，揭示了相关独特动力学特性，提出拓扑扭结控制新范式。
2025-02-22 cond-mat.soft nlin.PS
