时间调制超材料表面波非互易性研究

在弹性系统中实现非互易性的前景越来越受到物理学和工程界的关注。这是由于利用这种效应来实现机械二极管和其他单向器件的潜力。在非互易系统中，波状激发沿一个方向和相反方向以明显不同的幅度传播。实现此效果的一种方法是通过在时间和空间上调节系统的属性。一个多世纪以来，具有时变参数的机械系统的动力学行为一直是科学界关注的焦点。然而，由于实验的不可行性，介质的弹性或惯性性质在时间和空间上的同时变化并没有引起力学界的重视。只有在智能结构方面的最新进展，加上对时空调制周期性介质的基础研究，才允许在周期性材料的背景下实现这种系统。

       近日，意大利博洛尼亚大学A.Palermo和纽约州立大学石溪分校P.Celli研究了瑞利波如何与位于半无限弹性介质自由表面上的时间调制谐振器相互作用。从研究具有时调刚度的单谐振器的动力学入手，评估了谐振器响应解析近似的精度，并确定其行为保持稳定的参数范围。然后，建立一个分析模型来描述表面波与具有时空调制刚度的谐振器阵列之间的相互作用。通过将分析模型与全尺寸数值模拟相结合，证明了这种弹性超表面的时空刚度调制导致瑞利波谱中出现非互易特征。这篇文章展示了当传播信号通过调制介质时，如何对传播信号的频率成分进行滤波和转换，并说明了面波到体波转换是如何在这些现象中发挥作用的。并指出了理论是可靠的调制参数的界限，从而为今后的实验研究提供了指导。相关研究发表在《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》上。（徐锐） 

文章链接：Palermo, A., et al., Surface wave non-reciprocity via time-modulated metamaterials. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2020. 145.
       https://doi.org/10.1016/j.jmps.2020.104181