今天我们继续为大家带来本周的超材料前沿研究精选，内容涉及拓扑时域锁模激光器，通过对称破缺和几何失措实现双稳态剪纸中的各向异性变形，平针织、柔性纺织超表面等,敬请期待！
索引：
1 拓扑时域锁模激光器
锁模激光器在现代科学技术中发挥着至关重要的作用。它对于超快和非线性光学的研究至关重要，并且在计量、电信和成像领域都有应用。最近，人们对研究锁模激光器中的拓扑现象产生了兴趣。从理论角度来看，此类研究有望揭示非线性拓扑物理；从实践角度来看，它可能会导致拓扑保护短脉冲源的发展。尽管前景乐观，但拓扑光子晶格和激光锁模之间的相互作用尚未经过实验研究。
近日，加州理工学院应用物理系的Alireza Marandi团队从理论上提出并实验实现了一种拓扑时域锁模激光器。他们在激光腔中演示了非线性驱动的非厄米趋肤效应，并观察了激光对无序所引起的局域的鲁棒性。他们的实验展示了以前光子学实验无法实现的点带隙拓扑物理，并且提出了锁模激光器在传感、光学计算和鲁棒的拓扑频率梳方面的潜在应用。这项工作中采用的实验架构还为研究其他锁模光子源中的拓扑提供了一个模板，包括耗散孤子和同步泵浦光参量振荡器。相关内容发表于《Nature Physics》上。（张甜）
文章链接：
https://doi.org/10.1038/s41567-024-02420-4
2 通过对称破缺和几何失措实现双稳态剪纸中的各向异性变形
在剪纸超构材料中，通过在薄片上穿孔形成独特的图案，可以实现拉胀性、变形、多稳态展开和其他力学响应。与折纸和双层薄膜等其他变形超构材料相比，剪纸可以通过打开切口，轻松实现相当复杂的面内和面外变形，因此在航空航天可展开结构、太阳能电池、生物医学器件和机器人等多个领域都很有吸引力。平面剪纸图案所具有的各种特性和功能主要源于其重复形状的棋盘格，每个结构都嵌入了其组成缝隙的内在对称性，如旋转对称性、镜像对称性和平移镜像对称性。其中，三重和四重旋转对称图案引起了人们的关注，因为它们能够提供双稳态拉胀展开，并重新配置以保持变形状态。在剪纸领域，几何失措表现为不相容的几何限制引起的局部无序展开。软超构材料中的几何失措概念及其与切口对称性之间的相互作用仍然难以捉摸，需要进一步研究，因为它有望开启迄今为止超构材料无法实现的变形和特性。
近日，加拿大麦吉尔大学Damiano Pasini教授团队研究了双稳态剪纸的对称性破缺，以获得几何失措和各向异性变形，从而在平面和空间双稳态域中实现任意缩放。通过对其对称特性的分析，并结合半解析推导、数值模拟和弹性剪纸实验的系统研究，这项工作揭示了切口对称性、几何失措和各向异性双稳态展开之间的基本关系。此外，在2D和2D到3D的演示中，利用不对称剪纸单元来展示剪切变形在实现目标形状和功能方面的关键作用，而这是迄今为止使用均匀可拉伸剪纸无法实现的。这项研究揭示了切口对称性破坏在控制软剪纸超构材料各向异性双稳态展开中的作用，丰富了可展开空间结构、可穿戴技术和软机器等应用的可实现功能范围。相关研究发表在《Advanced Materials》上。（徐锐）
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3 平针织、柔性纺织超表面
柔性超表面具有多种引人注目且独特的应用，例如可穿戴天线、地毯斗篷和太阳帆的姿态控制。更一般地说，它们可用于覆盖非平面表面，从而实现共形超表面或反射阵列。柔性超表面还可以帮助进一步减轻现有平面刚性设备的重量并提高其可存放性，从而为远程通信等应用提供新型轻质、灵活、易于存放和部署的大孔径天线。先前针对柔性超表面、反射阵列和阵列天线的研究工作包括在柔性基板上印刷、书写或沉积的设备、受“剪纸”启发的3D打印反射阵列、受“折纸”启发的、可折叠的、多节反射阵列，复杂的、多层的、灵活的相控阵，以及基于织物的超表面和反射阵列，包括编织的频率选择表面，直写频率选择表面和刺绣纺织反射阵列。
近日，哥伦比亚大学的Nanfang Yu团队的工作展示了一种制造灵活、轻质的厘米波长超表面的新方法。研究人员利用一种成熟的彩色针织技术（称为浮提花针织），并使用市售的金属和介电纱线来生产两种原型反射阵列装置：超透镜和涡旋光束发生装置。这两个设备代表了第一个平针织纺织超表面——使用集成、简便、高度可扩展的制造技术——平针织制造的柔性超表面。研究人员详细讨论了形成反射阵列的超单元的开发和设计。该工作报告了两种原型设备的系统实验特性，包括它们的光谱解析辐射图、方向性、增益和效率。最后，讨论了当前原型的性能限制，通过纺织微结构的详细建模确定了实验中观察到的镜面反射的物理起源，并讨论了提高这些原型反射阵列设备性能的方法。这项工作中演示的设备利用市售材料、成熟的针织机械和针织技术，这可以实现工业规模上柔性超表面的高通量、高产量制造。相关工作发表在《Advanced Materials》上。（刘帅）
文章链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202312087
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