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
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
EMetaNode: Electromechanical Metamaterial Node for Broadband Vibration Attenuation and Self-powered Sensing
Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Zürich University of Applied Sciences (ZHAW)（苏黎世应用科学与艺术大学）
EMetaNode通过结合机电摩擦诱导超材料节点实现自供电传感和宽带振动抑制，为结构自主传感和振动控制提供新路径。
2026-01-13 physics.app-ph
Progress in Water-Based Metamaterial Absorber: A Review
微波超宽带超材料吸波材料因其良好的应用前景而受到越来越多的关注。虽然迄今为止开发的大多数微波超宽带超材料吸收器基于金属谐振结构，但色散介电水基超材料为构造偏振和角度不敏感的超宽带吸收开辟了一条更简单和更通用的路线。本文综述了近年来水基超材料吸收体的研究进展，阐述了其实现超宽带、可调谐和多功能吸收的机理。最后，展望了其未来的发展方向和潜在的应用前景.
2021-12-25 physics.app-ph physics.optics
Seven-octave ultrabroadband metamaterial absorbers via Q-weighted mode density modulation
本研究针对超宽带吸收中低频与带宽难以平衡的难题，通过设计Q加权模式密度，制备出可在100Hz-12800Hz七倍频程内近完美吸收的超材料吸收器，提升了现有器件带宽上限，为多波系统超宽带超材料器件研发奠定基础。
2024-10-31 physics.app-ph
Material-structure integrated design for ultra-broadband microwave metamaterial absorber
提出了一种基于遗传算法和仿真平台相结合的介质超材料宽带吸收材料-结构一体化设计方法。通过数值模拟和实验研究，实现了一种具有5.3 ~ 18 GHz超宽带吸收（相对带宽高达109%）的多层超材料吸收体。此外，仿真结果表明，所提出的超材料具有良好的入射角和偏振容忍度，这也是实际应用的重要标准。通过理论计算和数值模拟研究其工作原理，发现四分之一波长干涉相消、欺骗表面等离子体激元模式、介质谐振模式和光栅模式等多种谐振模式的融合是产生超宽带吸收的主要原因。通过对材料和结构各自贡献的分析表明，材料和结构在激发不同的共振模式中起着不可或缺的作用，材料和结构的和谐是提供理想目标性能的必要条件。材料-结构一体化设计思想突出了材料与结构耦合的优越性，为介质超材料提供了一种有效的综合优化策略。
2021-07-20 physics.app-ph physics.optics
Metamaterial sound absorbers based on microperforated panels: an approach toward enhanced flexibility and near-limit broadband performance
本研究提出meta-MPPs超材料吸声体，利用互易定理和腔共振实现0.37-10 kHz超宽带近全吸声，性能超传统MPP一倍以上，兼具角度可调性与鲁棒性。
2025-01-21 physics.app-ph
Multiple Tunable Hyperbolic Resonances in Broadband Infrared Carbon-Nanotube Metamaterials
利用真空过滤法制备的定向排列、密集堆积的碳纳米管超材料是一种新兴的红外纳米光子材料。我们报告多个双曲等离子体共振，一起跨越中红外线，在个别共振器由对齐和密集包装的碳纳米管。在第一近场扫描光学显微镜（NSOM）成像研究的纳米管超材料谐振器，我们观察到不同的深亚波长场分布在基本和高阶谐振频率。纳米管超材料的晶圆级面积使我们能够将这种近场成像与许多谐振器阵列的缩放特性的系统远场光谱研究相结合。彻底的理论建模与这些测量结果一致，并将谐振识别为双曲波导模式的高阶Fabry-Pérot（FP）谐振。纳米管谐振器阵列在1.5-10 μm范围内表现出宽带消光，在3-5 μm的大气透明窗口内表现出可逆的可切换消光。支持多谐振模式的宽带碳纳米管超材料是超紧凑吸收体、可调谐热发射器和中红外宽带传感器的有希望的候选者。
2020-07-04 physics.app-ph physics.optics
Broadband terahertz half-wave plate with multi-layers metamaterial via quantum engineering
在本文中，我们采用了一种新颖的设计，通过使用多层的超材料与一些特定的旋转角度的超材料半波片。旋转角度由复合脉冲控制给出，复合脉冲控制是公知的量子控制技术。该方法的一大优点是可以解析地计算旋转角度，并且可以很容易地推广到多层。超材料层数越多，半波片的带宽越大。在本文中，我们提出了1，3，5，7层配置的超材料半波片，我们表明，我们的设备日益提高带宽的性能。
2021-01-26 physics.app-ph physics.optics
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
Broadband inverted T-shaped seismic metamaterial
地震异向介质（SM）由于其对地震波的强烈衰减作用，有望辅助或取代传统的隔震系统。提出了一种具有超宽带隙的一维倒T型单模光纤。通过计算复杂的能带结构，分析了半导体材料中表面波的波动特性。我们发现，光纤光栅的一维ITSM是由两部分组成;第1部分与表面倏逝波和第2部分没有表面模式。在由周期性排列的柱和衬底组成的SM的FBG的复杂能带结构中发现了类似的结果。地震面波在一维ITSM中的传播在FBG的这两个频率范围内是不同的。在第1部分中，地震面波在1D ITSM中被显著衰减，而在第2部分中，面波被转换成体波。最后，利用一种二维ITSM对超宽光纤光栅进行了大规模的野外实验验证。
2020-12-17 physics.app-ph
Near-Perfect Broadband Infrared Metamaterial Absorber Utilizing Nickel
我们提出了一种薄的，紧凑的，宽带的，偏振和角度不敏感的超材料吸收器的基础上的钨反射器，硅间隔和顶部图案组成的双方形的环形谐振器，利用镍（Ni）。在深亚波长结构中，从3.52 μm到8.32 μm，可以获得约4.8 μm的高吸收带宽（80%以上），对应于约81%的相对带宽。这里，宽带吸收的物理起源与用作矩形纳米天线的顶部图案内侧和外侧的低Q因子偶极模式相关联。由于结构的对称性，该吸收体在相对较宽的TE和TM偏振范围内表现出良好的入射角容限。利用本构有效介质理论反演了镍基吸波材料的有效参数，并比较了有效介质和异向介质的吸波特性。
2020-07-30 physics.app-ph physics.optics
Broadband Frequency and Spatial On-Demand Tailoring of Topological Wave Propagation Harnessing Piezoelectric Metamaterials
最近的研究已经开发出可调拓扑弹性超材料，以在存在变化的外部条件的情况下最大化性能，适应不断变化的操作要求，并实现新的功能，例如可编程波路径。实现在频域和空间域中都是全面适应的并且在宽的频率带宽上有效的可调谐拓扑超材料仍然是一个挑战，亚波长区为了推进现有技术，本研究提出了一种压电超材料，其具有使用谐振电路同时定制拓扑波的频率、路径和模式形状的能力。在本文的研究中，平面波展开方法被用来检测频率可调的亚波长狄拉克点的能带结构的周期性单位晶胞和发现的工作区域，拓扑波传播可以存在。有限条的色散分析阐明了如何利用电路参数来调整对应于拓扑边缘状态的模式形状。进一步的评估提供了洞察如何增加机电耦合和晶格重构可以利用，以提高拓扑波传播的频率范围，增加可实现的模式本地化，并获得额外的边缘状态。拓扑导波传播，是亚波长的性质和自适应的路径，本地化，和频率的薄板结构的数值模拟说明。所提出的工作的结果表明，易于集成和全面可调的超材料可以用于需要在宽的频率带宽上的多种功能的应用。
2020-09-25 physics.app-ph
Physics-Aware Machine-Learning-Driven Inverse Design of Broadband Ultra-Open Acoustic Metamaterials
Boston University（波士顿大学）
本文提出一种结合物理知识的机器学习逆向设计框架，用于设计超开放声学消音器，通过分阶段预测架构和混合目标并行策略，实现高效优化并验证了多种原型，展示了广谱性能和高通风比。
2026-05-15 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
Broadband Nonreciprocal Amplification in Luminal Metamaterials
时间已经成为超材料的一个新的自由度，有望在波控制的新途径。然而，电磁学在材料参数的调制速度方面受到限制。在这里，我们认为，这些限制可以绕过引入行波折射率调制，具有相同的相速度的波。我们展示了“腔光栅”的概念如何产生巨大的非互易性，实现有效的单向放大，脉冲压缩和频率上转换，提出了一个现实的实现在双层石墨烯。
2019-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultra-broadband nanophotonic phase shifter based on subwavelength metamaterial waveguides
光学移相器广泛应用于集成光学中，不仅用于电信和电信应用，而且用于传感器和量子计算。虽然已经展示了各种有源解决方案，但仍然缺乏无源移相器的进展。在这里，我们提出了一种新型的超宽带90°移相器，它利用了亚波长超材料波导的各向异性和色散工程。我们的Floquet-Bloch计算预测，在从1.35 $μ$ m到1.75 $μ$ m的前所未有的操作范围内，即覆盖E、S、C、L和U电信频带的400 nm带宽，相移误差低于$\pm$ 1.7°。即使在$\pm$ 20 nm的制造误差存在下，我们的移相器的平坦光谱响应也能保持，表现出比传统结构更大的鲁棒性。我们的设备进行了实验证明，使用标准的220 nm厚的SOI晶片，显示了四倍减少的相位变化相比，传统的移相器在145 nm的波长范围内，我们的测量设置。该亚波长工程移相器为新型超宽带光子集成电路的研制奠定了基础。
2019-07-18 physics.app-ph physics.optics
Graphene Plasmonic Fractal Metamaterials for Broadband Photodetectors
超材料最近建立了一个新的范例，增强光吸收的国家的最先进的光电探测器。在这里，我们展示了宽带，高效，偏振不敏感，和门可调光电探测在室温下在一个新的元器件的基础上金/石墨烯谢尔宾斯基地毯等离子体分形。我们观察到了前所未有的内部量子效率高达100%，从近红外到可见光范围内的光学探测率的上限为$10^{11}$琼斯和增益高达$10^{6}$，这是一个指纹的多个热载流子在石墨烯中光生。此外，我们显示了100倍的增强光电探测由于高度集中（高达石墨烯的$|E/E_{0}|\approx20$的记录因子）的电磁场诱导的电可调多模等离子体激元，空间上的自相似的方式在超颖表面上本地化。我们的研究结果提供了直接洞察的物理过程，石墨烯等离子体分形超材料。所提出的结构代表了一个有前途的路线，实现宽带，紧凑，和主动平台，为未来的光电子器件，包括多波段生物/化学和光传感器。
2020-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci 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
Photo-to-heat conversion of broadband metamaterial absorbers based on TiN nanoparticles under laser and solar illumination
本文从理论上研究了TiN纳米粒子在聚二甲基硅氧烷（PDMS）中的随机混合超柔性材料的光热加热。由于TiN纳米颗粒的等离子体性质，入射光在宽带范围（300-3000 nm）内被完全吸收，从而在这些超材料内产生热量。在不同强度的808 nm近红外激光照射下，我们预测的温升作为时间的函数与最近的实验数据吻合得很好。对于给定的激光强度，温度升高随着TiN纳米颗粒的浓度而非单调地变化，因为随着添加等离子体纳米结构而增强的热导率和吸收的能量导致对加热过程的相反影响。当该模型扩展到太阳能加热，光热行为定性相似，但温度升高小于13 $K$。本文的研究结果对今后宽带理想吸收体光热转换的实验研究具有指导意义。
2023-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ultra-open High-efficiency Ventilated Metamaterial Absorbers with Customized Broadband Performance
由于吸收和通风性能之间的严格权衡，在保持流体自由流动的同时高效吸收低频声音（< 1000 Hz）仍然是声学工程中的重大挑战。尽管超材料声学的不断发展为人们提供了前所未有的可能性，并提出了各种超材料吸声体，但大多数超材料吸声体仅在无声传输的情况下才能充分工作。不幸的是，由于声音的纵向性质，这种情况需要完全阻塞流体通道，这允许它们穿透任何小孔。否则，它们的吸收性能可能会急剧下降，通常不能超过50%。吸收和通风性能之间的这种基本权衡无疑限制了它们在需要自由空气流动的日常场景中的应用。虽然已经展示了一些具有大传输损失的通风声屏障，但它们基本上只反射声音，这些声音仍然存在，甚至可能被反射回来。在这里，为了克服这个普遍的困难，我们提出并证明了一个超开放的通风超材料吸收。该吸收器针对低频声音，同时确保高性能的吸收和通风，在实验中得到证实。它们的机制是理解从耦合损耗振荡器的有效模型。此外，吸收器可以简单地堆叠在定制的宽带中工作，同时保持良好的通风。所展示的吸收器提供了一个清晰的方案，用于在低频下实现高性能的吸收和通风，这是在自由空气流动的环境中应用所必需的。
2020-05-29 physics.app-ph physics.flu-dyn
Efficient broadband sound absorption exploiting rainbow labyrinthine metamaterials
本文设计并3D打印由不同尺寸空间卷曲迷宫单元准周期排布的彩虹吸声面板，实验证明其可在800–1400 Hz实现接近理想的轻薄宽带吸声。
2023-12-10 physics.app-ph
Acoustic Metamaterial Beam Splitter
提出了一种基于声Luneburg透镜的声分束镜。为了给声分束镜提供一种实用的实现方法，本文设计了一种具有梯度折射率的二维声Luneburg透镜。对声波通过分束镜的传播进行了理论、数值和实验研究。结果表明，在分束镜的边缘处使用一个点光源，可以在宽带频率范围内获得三个输出通道。此外，输出通道的方向可以通过改变设计参数进行调谐。
2023-03-29 physics.app-ph
Experimental characterization of an ultra-broadband dual-mode symmetric Y-junction based on metamaterial waveguides
硅光子集成电路通常需要具有最小损耗、小尺寸、超宽带宽和宽松制造公差的3 dB光功率分配器，以在整个芯片上分配光，并作为形成更复杂器件的关键构建块。对称Y结在其他功率分配器件中脱颖而出，因为它们的波长无关响应和简单的设计。然而，当前制造方法的有限分辨率导致两个Y结臂之间的尖端处的最小特征尺寸（MFS），这导致基模的显著损耗。在这里，我们建议利用亚波长超材料在一种新型的超宽带和制造宽容的Y型结规避这一限制。在260 nm带宽（1420-1680 nm）上的详尽实验研究表明，对于高分辨率光刻工艺（MFS约50 nm），基本横向电模式（TE 0）的过量损耗低于0.3 dB，并且对于100 nm的制造分辨率，过量损耗小于0.5 dB。具有正负10 nm的确定性引起的误差的亚波长Y结进一步证明了稳健的制造公差。此外，使用高分辨率光刻，该分束器在100 nm带宽（1475-1575 nm）内对一阶横电模式（TE 1）表现出低于1 dB的过量损耗。
2023-01-10 physics.app-ph physics.optics
Inverse Design of Perfectly-Matched Metamaterials Via Circuit-Based Surrogate Models and the Adjoint Method
本文提出将完美匹配超材料（PMMs）与逆向设计相结合以实现宽带器件，利用无反射折射效应实现真正时延性能，并通过紧凑宽带波束准直器和多输入多输出波束形成器两个设计示例验证了其潜力。
2025-05-03 physics.app-ph physics.optics
Genetic-algorithm-aided ultra-broadband perfect absorbers using plasmonic metamaterials
电磁波的完全吸收在当今的应用中是至关重要的，从光致发光到防止敏感设备中的串扰。在这种情况下，我们使用遗传算法（GA）的策略，以优化周期性阵列的截断正方形为基础的金字塔交替堆叠的金属/电介质层的吸收特性。我们的目标是在可见光和近红外范围内（波长在420和1600 nm之间）垂直入射电磁辐射的超宽带准完美吸收。我们比较的结果，可以通过考虑一个，两个或三个堆栈的Ni，Ti，Al，Cr，Ag，Cu，Au或W的金属，和聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）的电介质。探索了10^17种以上的几何参数配置，并将其简化为几种最佳配置。这项广泛的研究表明，Ni/PMMA，Ti/PMMA，Cr/PMMA和W/PMMA提供了高品质的解决方案，在所考虑的波长范围内的综合吸收率高于99%，当考虑这些超宽带完美的电磁吸收器的现实实现。最优解的几何参数的鲁棒性进行了研究，并提供了当地的吸收地图。此外，我们确认，这些最佳的解决方案保持准完美的宽带吸收性能在一个广泛的角度范围内，当改变入射辐射的倾斜。该研究还表明，贵金属（Au、Ag、Cu）不提供本申请的最高性能。
2021-08-20 physics.app-ph physics.optics
Broadband mid-infrared perfect absorber using fractal Gosper curve
由于表面等离子体共振固有的窄带宽，设计宽带超材料完美吸收体是具有挑战性的。本文报道了一种利用空间填充高斯曲线的超宽带超材料吸波体。优化结果表明，在2.64 ~ 9.79 μm范围内，整个中红外波段的平均吸收率为95.78%。同时，吸收体对入射光的偏振角和入射角不敏感。在我们的宽带吸收体中使用的基本物理原理涉及具有多个尺度的分形几何和耗散等离子体晶体。宽带完美吸收可以归因于在不同波长处的多个电共振，所述多个电共振由所定义的戈恩曲线中的几个段支持。
2019-08-20 physics.app-ph physics.optics
Design and Analysis of a Vanadium Dioxide-Based Ultra-Broadband Terahertz Metamaterial Absorber
本文设计并分析了一种基于VO2的超宽带太赫兹超材料吸收体，利用VO2相变实现动态调控，平均吸收率达98.15%，带宽5.38 THz，具有偏振不敏感和结构简单的优势。
2025-08-07 cs.SY eess.SY 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
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
Inverse Doppler Effects in Pipe Instruments
音乐比语言更古老，在人类历史的大部分时间里，音乐将我们的文化联系在一起。管乐器是有史以来最受欢迎的乐器之一。本文在前人建立的笛形和类笛形声学超材料模型的基础上，对两种常见的管乐器--竖笛和单簧管中的逆多普勒效应进行了实验研究。我们的研究表明，当麦克风（观察者）和上述两个管乐器（源）之间存在相对运动时，逆多普勒效应可以在上升音阶的所有七个音高上被检测到。这两个管道仪器的计算出的有效折射率是负的，并且在一组间距上变化，表现出宽带声学超材料的期望特性。这项研究表明，竖笛和单簧管可能是迄今为止已知的最早的人造声学超材料，为为什么管乐器在过去的数百年和数千年里在欧洲和亚洲广受欢迎提供了新的解释。这一新发现的现象也将为设计下一代智能宽带双负声学超材料提供线索。
2018-02-23 physics.app-ph
Ultra-compact broadband spot size converter using metamaterial cell-based inverse design
本文提出一种结合逆向设计与亚波长超材料单元拓扑的设计方法，显著减小参数空间，并实验展示了一款长度仅7微米、扩展比24倍、带宽160纳米、插入损耗0.8分贝的超紧凑光斑尺寸转换器，大幅超越现有技术。
2025-06-23 physics.app-ph physics.optics
Strong and Broadband Pure Optical Activity in 3D Printed THz Chiral Metamaterials
旋光性（光的偏振旋转）是手性介质最期望的特征之一，因为它对于许多偏振相关的应用是重要的。然而，在太赫兹区域，具有强旋光性的手性介质在自然界中是不可用的。在这里，我们从理论上和实验上研究了手性超材料结构组成的对垂直U形谐振器的“扭曲”的武器，我们发现，它表现出大的纯光学活性（即光学活性与可忽略不计的透射波椭圆率）在低太赫兹制度。实验数据表明，偏振旋转高达25（度）的不匹配带宽为1太赫兹（相对带宽80%），从130微米厚度的结构，而理论优化表明，旋转可以达到45（度）。通过等效RLC电路模型分析了该结构的增强手征响应，为增强其手征响应提供了简单的优化规则。所提出的手性结构允许通过直接激光写入和无电镀金属镀容易地制造，使它们成为偏振控制应用的合适候选者。
2023-02-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Chiral Triclinic Metamaterial Crystals Supporting Isotropic Acoustical Activity and Isotropic Chiral Phonons
本文提出一种手性三斜超材料晶体，通过设计最低横向声子能带在动量空间中的偶然简并，以更简单的三维桁架结构实现宽带的各向同性声学活性，其效应显著大于复杂的三维准晶，但制造公差敏感性有所增加。
2020-10-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Metamaterial-Inspired Bi-resonators Vibration Absorbers for Railway Tracks: Experimental Study of Flexural Wave Control
University at Buffalo (SUNY)（纽约州立大学布法罗分校）；Pusan National University（釜山国立大学）
提出基于连接多个局部共振带隙概念的铁路调谐质量阻尼器宽带设计方法，经模态分析、设计制造及实验验证，单谐振器可降振74%，双谐振器拓宽带宽，随机振动分析显示设计的TMDs有效性。
2026-07-07 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
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
Adaptive metamaterial resonators: a discrete and continuous mechanism
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；KU Leuven Campus Diepenbeek（荷语鲁汶大学迪彭贝克校区）
针对固定带隙限制，提出两种被动自适应谐振器，通过离散与连续机制原位调节共振特性，消除衰减深度与带宽的权衡。
2026-09-29 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
Non-reciprocal robotic metamaterials
运动的非往复传输对于从波引导到冲击和振动阻尼以及能量收集的广泛应用是潜在地高度有益的。到目前为止，大水平的非互易性已经实现了使用打破空间或时间对称性，但只有在附近的谐振或使用非线性，从而非互易传输仍然限于窄范围的频率或输入幅度和衰减敏感。在这里，我们设计了一种新型的机器人机械超材料，其中我们使用局部控制回路来打破单位细胞之间的相互作用的水平上的互易性。我们从理论上表明，第一种不对称的驻波在所有频率和单向放大的传播波出现。我们通过实验和数值计算证明，这种特性导致可调谐，巨大的，宽带和无衰减的非互易性能，即在3.5个十年的频率上的50dB非互易隔离水平，以及脉冲的单向放大。
2019-03-09 physics.app-ph
Observation of Temporal Reflections and Broadband Frequency Translations at Photonic Time-Interfaces
本文报告了在开关传输线超材料中观测到的光子时间反射与宽带频率平移，通过同步开关阵列突变改变有效电容，并利用双时间界面实现了 Fabry-Perot 腔的时间对应物，为时间超材料与极端光子调控奠定基础。
2022-11-04 cond-mat.other physics.app-ph physics.optics
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
Broadband control of group delay using the Brewster effect in metafilms
我们提出并验证了一种方法，用于控制频率依赖性的电磁波的群延迟在一个广泛的频率范围内使用的布鲁斯特效应在单层超材料与有限的厚度，这里被称为元膜。当超薄膜的反射率为零而与入射频率无关时，群延迟在其谐振频率附近可以很大，同时保持透射率接近于1而与入射频率无关。此外，当几个无反射元膜堆叠在一起时，总群延迟应作为各个群延迟的总和给出。在这项研究中，我们实现了无反射的元薄膜通过安排的元原子，使布鲁斯特效应发生的入射频率无关。通过数值模拟和实验研究了由具有不同谐振频率的无反射金属膜组成的三层超材料的透射率和群延迟随频率的变化关系，发现该超材料的总透射率和群延迟分别与各组成金属膜的透射率和群延迟之和的乘积一致.
2022-07-15 physics.app-ph physics.class-ph physics.optics
Broadband High-Temperature Multilayer Pyramid-Shaped Metamaterial Thermal Absorber for Thermophotovoltaic applications
针对热光伏系统对宽带热稳定吸收器的需求，提出偏振无关截断金字塔形MIMI结构超材料吸收器，设计六种结构并优化，W/AlN结构表现出优异的宽带吸收、角度稳定性及热稳定性，为TPV应用提供支撑。
2025-09-23 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
Relaxed micromorphic broadband scattering for finite-size meta-structures -- a detailed development
近年来，由于强大的动力学均匀化技术，新的超材料的概念在弹性波传播方面表现出非正统的行为已经成为可能。这样的方法有效地允许描述由周期性构造的基底材料产生的无限介质的行为。然而，当涉及到有限尺寸结构的散射特性的研究时，在宏观尺度上处理正确的边界条件变得具有挑战性。本文介绍了如何在丰富连续介质力学的框架下建立有限区域边值问题（松弛微观模型）通过在忽略非局部效应的情况下，施加宏观位移和广义牵引力的连续性，给出了有限宽度的超材料板的情况，其散射特性通过松弛微观模型的半解析解进行研究，并与对所选微观结构的所有细节进行编码的数值模拟进行比较。通过这两种方法获得的反射系数作为入射波的频率和传播方向的函数。我们发现一个很大的范围内的频率从长波极限的频率超过第一带隙和入射角范围从正常到nearparallel入射极好的协议。半无限的超材料的情况下，也被认为是有限的元结构的平均行为的可靠措施。一个巨大的增益，在termsof计算时间时，获得了使用松弛微观模型的研究考虑亚结构。
2019-11-06 physics.app-ph physics.class-ph
Ultrathin Broadband Metasurface Superabsorbers from a van der Waals Semimetal
在可见光和近红外（NIR）中工作的超材料和超表面为下一代用于太阳能收集的光电探测器和器件提供了一条有前途的路线。虽然已经证明了许多使用金属和半导体的超材料和超表面，但在可见-NIR范围内的基于半金属的超表面明显缺失。在这里，我们实验证明了宽带超颖表面超吸收剂的基础上大面积，半金属，范德华PtSe 2薄膜与电磁模拟。我们的研究结果表明，PtSe 2是一种可扩展的半金属，同时具有高指数和高消光在整个可见-近红外范围。因此，由电介质间隔物分隔的反射器上的薄膜PtSe 2可以在400-900 nm范围内吸收> 85%的未图案化情况和~ 97%的优化的2D超颖表面，使其成为迄今为止最强和最薄的宽带完美吸收体之一。我们的研究结果提出了一个可扩展的方法，光电探测和太阳能收获，展示了实际效用的高指数，高消光半金属纳米光学。
2022-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Kirigami Metamaterials for Reconfigurable Toroidal Circular Dichroism
kirigami的古老纸工艺最近已成为功能材料设计的潜在工具。受kirigami概念的启发，我们提出了一类基于kirigami的超材料，其电磁功能可以通过拉伸预先设计的开口环谐振器阵列在非手性和手性状态之间切换。实验证明了单波段、双波段和宽带圆偏振器的可重构性能，最大圆二色性分别为0.88、0.94和0.92。通过详细分析激发的多极子，包括电，磁，环形偶极子和四极子，解释和计算的基本机制。我们的方法能够定制kirigami模式中的电磁功能，并提供了一种替代途径，可重构的光学元器件具有特殊的机械性能。
2018-08-31 physics.app-ph physics.class-ph
Architected lattices for simultaneous broadband attenuation of airborne sound and mechanical vibrations in all directions
声子晶体和声学超材料是设计用于控制声波或弹性波传播的结构晶格。在这些材料中，色散特性和能量传递通过选择晶格的几何形状和它们的本构材料特性来控制。然而，大多数设计只影响一种能量传播模式，即作为声学、空气传播的声音或作为弹性、结构振动传播的能量。在这里，我们提出了一种设计方法，同时衰减声波和弹性波在所有极化。我们通过实验实现了第一个三维的，承载的，建筑晶格，由单一材料组成，在所有方向的宽带频率范围内响应。
2018-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Labyrinthine acoustic metamaterials with space-coiling channels for low-frequency sound control
我们数值分析了具有沿着Wunderlich空间填充曲线折叠的内部通道的超材料的性能，以控制空气中的低频声音。与以前的研究相比，我们通过折叠通道进行波传播的直接建模，不引入有效的理论假设。其结果是，我们揭示了亚结构的通道，它允许波在相反的方向上传播入射波，具有不同的动力学相比，直缝的等效长度。这些差异归因于激活的弯曲效应，并导致在带隙频率处100%的波反射。发现这种全反射现象对空气中的热粘性耗散不敏感。对于由迭代水平产生的波纹通道，可以通过使用超材料单层来实现宽带全声反射，并且通过调谐通道宽度来有效地控制吸收的波能量的量。因此，这项工作有助于更好地了解具有潜在应用的反射和过滤低频空气传播声音的超材料。
2017-12-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-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
