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四模超构材料作为声子偏振器。

Tetramode Metamaterials as Phonon Polarizers.

机构信息

Institute of Nanotechnology, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), 76128, Karlsruhe, Germany.

Institute of Applied Physics, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), 76128, Karlsruhe, Germany.

出版信息

Adv Mater. 2023 May;35(18):e2211801. doi: 10.1002/adma.202211801. Epub 2023 Mar 17.

DOI:10.1002/adma.202211801
PMID:36787442
Abstract

In classical Cauchy elasticity, 3D materials exhibit six eigenmodes of deformation. Following the 1995 work of Milton and Cherkaev, extremal elastic materials can be classified by the number of eigenmodes, N, out of these six that are "easy". Using Greek number words, this leads to hexamode (N = 6), pentamode (N = 5), tetramode (N = 4), trimode (N = 3), dimode (N = 2), and monomode (N = 1) materials. While hexamode materials are unstable in all regards, the possibility of pentamode metamaterials ("meta-fluids") has attracted considerable attention throughout the last decade. Here, inspired by the 2021 theoretical work of Wei, Liu, and Hu, microstructured 3D polymer-based tetramode metamaterials are designed and characterized by numerical band-structure calculations, fabricated by laser printing, characterized by ultrasound experiments, and compared to the theoretical ideal. An application in terms of a compact and broadband polarizer for acoustical phonons at ultrasound frequencies is demonstrated.

摘要

在经典的柯西弹性理论中,3D 材料表现出六种变形本征模式。1995 年,Milton 和 Cherkaev 的工作之后,极值弹性材料可以根据这六种“简单”本征模式中的数量 N 进行分类。使用希腊数字,这导致了六模态(N=6)、五模态(N=5)、四模态(N=4)、三模态(N=3)、二模态(N=2)和单模态(N=1)材料。虽然六模态材料在各方面都是不稳定的,但五模态超材料(“超流”)的可能性在过去十年中引起了相当多的关注。在这里,受 Wei、Liu 和 Hu 于 2021 年的理论工作的启发,设计并通过数值能带结构计算对基于微结构的 3D 聚合物四模态超材料进行了特征描述,通过激光打印进行了制造,通过超声实验进行了特征描述,并与理论理想进行了比较。展示了在超声频率的声学声子方面作为紧凑和宽带偏光器的应用。

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