近日，物理科学与技术学院戴高乐博士与和合作者在超构材料设计方面取得新进展，相关研究成果以“Rescaled Schwarz-Christoffel Transformations for Isotropic, Polygon, and Multiphysics Metamaterials（重标度施瓦茨-克里斯托费尔变换实现各向同性、多边形、多物理场超构材料）”为题发表在国际顶级物理学期刊Physical Review Letters（物理评论快报）上，并被选为“编辑推荐”（Editors' Suggestion）。戴高乐博士和中国工程物理研究院研究生院副研究员须留钧、复旦大学教授黄吉平为论文的共同通讯作者。
在超构材料领域，如何利用结构简单、易于制备的各向同性材料，实现对热、电、磁、声等多物理场的协同调控，是该方向的一项前沿核心挑战。现有设计理论（如变换光学、变换热学）虽为超构材料提供了理论框架，但普遍存在“界面失配”难题：当器件与外部环境连接时，界面处的能流（如热流或电磁波坡印廷矢量）会发生严重失配，导致场分布畸变，显著影响器件性能。这一问题已成为制约多物理场超构材料实用化的关键瓶颈。
针对上述挑战，该研究提出了一种名为“重标度施瓦茨—克里斯托费尔变换”的半解析理论方法，先通过经典施瓦茨—克里斯托费尔变换对器件复杂多边形几何进行共形映射，引导能流整体走向并保持材料各向同性，然后引入“重标度变换”，对映射后空间网格进行重构，从而在界面处精确调控能流密度分布。这一“几何塑形”与“能流重构”相结合的协同策略，首次仅用各向同性材料便同时在瞬态热场与电磁场中实现了完美的界面匹配。为验证理论的普适性与有效性，研究团队设计并展示了扩展器、引导器及隐身斗篷等多物理场功能器件，成功实现了对热场与电磁场的协同调控。该理论所构建的多边形结构器件与现代印刷电路板上的模块化布局天然兼容，为解决集成电路中热—电磁串扰等实际问题提供了全新途径。该工作是南通大学与复旦大学、上海理工等高校合作研究的成果，得到了国家自然科学基金、博士后科学基金和上海市科委等项目的支持。
《Physical Review Letters》是美国物理学会创办的物理学旗舰期刊，为中科院一区Top期刊和Nature Index期刊，最新影响因子9。
（戴高乐）
相关链接：https://doi.org/10.1103/nzvh-lxr8
