今天我们继续为大家带来本周的超材料前沿研究精选，内容涉及非厄米拓扑声子超材料、声学实二阶节点环半金属与非厄米调制、在激光阈值以上追踪奇异点、面向表面/界面应用的3D打印仿生结构综述等,敬请期待！
索引：
1 非厄米拓扑声子、超材料
2 声学实二阶节点环半金属与非厄米调制
3 在激光阈值以上追踪奇异点
4 用于传感耦合大变形的超可拉伸剪纸压电超构材料
5 面向表面/界面应用的3D打印仿生结构综述
非厄米物理学描述了开放系统中的新现象，这些现象通常允许复能谱。将非厄米物理引入拓扑超材料中，可以在人工设计的结构中探索拓扑波动现象，不仅能够在这些平台中对奇异的非厄米现象进行实验验证，而且还丰富了厄米情况之外的对波传播的操纵。
近日，武汉大学的刘正猷教授等学者综述了非厄米拓扑声子超材料的研究进展。文章首先介绍非厄米SSH模型中的物理特性，然后将非厄米概念应用于超材料来探索奇异现象和可能的应用。非厄米超材料的拓扑结构大致有两个来源，即本征值拓扑和本征态拓扑。相关主题包括无带隙系统中的奇异点(EPs) 和其它拓扑简并、与能谱点带隙拓扑或非零能谱区域相关的超材料中的趋肤模式，以及拓扑非平庸/平庸超材料的非厄米效应。考虑到厄米系统中发现了多种多样的拓扑超材料，在添加非厄米自由度后可能会出现更新颖的物理效应和波动行为。相关工作发表在《Advanced Materials》上。（刘帅）
https://doi.org/10.1002/adma.202307998
人工系统中无自旋时间反转对称性和可调谐
规范场的独特特征促进了人们对系统拓扑性质的探索，例如最近发现的莫比乌斯双扭相和实二阶节点环半金属（SNOOPI）等。然而，这些性质主要只存在于理论框架中。
近日，来自南京大学的张志旺教授，程营教授，刘晓峻教授与来自西班牙IMDA材料研究所的Johan Christensen团队提出了一种巧妙的设计思路，通过在三维堆叠声学石墨晶格中引入投影平移对称，利用声波构造了一种实二阶节点环半金属，通过引入正耦合和负耦合，得到了简并带和四重狄拉克点以及双简并节点环。此外，通过研究声增益和声损耗的引入对系统非厄米性的影响，研究人员发现加入的非厄米分量能够对表面铰链态造成影响。研究表明，通过探索声学系统中的投影对称性和非厄米性，有望揭示更有趣的物质的拓扑相。这一设计路线可以扩展到其他经典波动系统中，并为拓扑功能器件的设计开辟了新思路。相关研究工作发表在《Applied Physics Letters》上。(李治含)
Zichong Yue, Zhiwang Zhang, Ying Cheng, Xiaojun Liu, Johan Christensen; Acoustic real second-order nodal-loop semimetal and non-Hermitian modulation. Appl. Phys. Lett. 11 December 2023; 123 (24): 242201. https://doi.org/10.1063/5.0173791
非厄米光学系统中奇异点（EP）的研究揭示了许多独特的性质，包括单向不可见性和激光自终止等。在具有增益/损耗元件的系统中，通常在激光阈值以下（即在线性状态下）研究EP，那么在激光阈值以上的EP会是什么情况呢？
近日，巴黎-萨克雷大学的Alejandro M. Yacomotti与密歇根理工大学的Ramy El-Ganainy教授团队合作通过实验证明了耦合半导体纳米激光器中的 EP可以在激光阈值之上被观测到，此处的EP成为了非线性动力系统的分支点。普遍认为不可避免的腔失谐会阻碍EP的形成，然而，他们证明这种失谐能够补偿载波引起的频移，从而恢复EP。此外，他们发现激光EP处的泵浦不平衡随着总泵浦功率的变化而变化，从而可以实现EP的连续追踪。这项工作揭示了耦合半导体激光器中高于激光阈值的 EP 的不稳定性质，为实现自脉冲纳米激光器件和频率梳提供了可能的机会。相关内容发表于《Nature Communications》上。（张甜）
文章链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-023-43874-z
力学超构材料具有显着的力学特性，如超轻和超刚度、可编程变形、可调响应等。剪纸超构材料利用切割平面结构来获得可定制的拉伸性，从而实现可调的机械性能，被认为是一种新型的易于调节和可变形的框架，适用于各种可拉伸工程应用（如能量收集、先进传感、自驱动响应等）。目前，利用剪纸超构材料作为力学领域之外的功能的结构基底，如压电超构材料、摩擦超构材料和其他具有电功能的超构材料中的机电响应。压电材料将外部机械激励（如外力或位移）转换为电响应（如电压）。压电已广泛用于感测不同类型的力和变形。与压阻材料相比，压电材料可以独立操作，将机械激励转换为电信号，而不需要外部电源。然而，现有的压电材料通常受到其相对不足的拉伸性的限制。以往的研究主要集中在基于柔性基板的软压电材料。最近的研究将压电材料与剪纸超构材料集成，以在面内拉伸、面外弯曲、起皱等各种变形下更有效地触发电材料。然而，在复杂应用场景中用于传感耦合大面内和面外变形的压电材料的剪纸设计方面却做得很少。
近日，德国莱布尼茨新材料研究所和萨尔大学Tobias Kraus教授联合浙江大学焦鹏程教授团队报告介绍了利用锆钛酸铅（PZT）和钛酸钡（BaTiO3）复合薄膜制造的超拉伸剪纸压电超构材料（KPM），用于感应由平面内和平面外位移引起的耦合大变形。KPM是通过在硅橡胶中均匀复合和极化压电颗粒（即PZT和BaTiO3）而制成的，并通过将压电橡胶薄膜切割成韧带来构造。表征KPM的电性能，并研究拉伸比高达200%应变的耦合大变形下的双稳态机械响应。最后，将PZT KPM传感器集成到无线传感系统中，用于检测车辆轮胎鼓胀情况，并将无毒的BaTiO3 KPM应用于人体姿势监测。所报道的剪纸压电超构材料为控制和操纵力学功能超构材料开辟了一个令人兴奋的场所，以便在许多应用中复杂变形场景下进行主动传感。相关研究发表在《Advanced Science》上。（徐锐）
文章链接：
L. Hong, H. Zhang, T. Kraus, et al. Ultra-Stretchable Kirigami Piezo-Metamaterials for Sensing Coupled Large Deformations[J]. Adv Sci (Weinh), 2023: e2303674.
https://doi.org/10.1002/advs.202303674
生物结构通过特殊进化的分层结构（尺寸从纳米级到宏观）启发了下一代界面表面的设计。一些生物体进化出复杂的结构，表现出独特的界面功能，如超疏水性、降低阻力、各向异性液体输送、雾收集和无痛注射等。大自然为我们提供了许多生物界面结构和智能材料系统，激发了各个领域的创新。利用生物结构和材料系统进行性能改良是人们所期望的，有时甚至是实现某些界面功能的关键。这就向科学家们提出了一个问题：如何再现这种复杂的生物结构和材料系统，并优化其实际应用。基于上述仿生结构和材料，采用传统制造方法制造了多个界面表面，但是传统设计存在一些局限性以及在几何复杂性、材料选择和可控润湿性方面仿生界面结构的制造。增材制造（3D打印）提供了一种潜在的解决方案，可以重现生物本质上的多尺度结构和界面应用的多材料系统。在过去的30年里，制造界一直受益于3D打印，这要归功于它能够通过计算机辅助设计（CAD）模型制造复杂的几何形状。
近日，美国亚利桑那州立大学Xiangjia Li和圣地亚哥州立大学Yang Yang总结了界面应用仿生材料和结构的3D打印最新研究成果。3D打印和功能材料的革命为我们带来了许多生产仿生界面结构的机会。根据界面功能，本文重点讨论界面科学领域的五个研究课题：（1）3D打印仿生物超疏水结构。（2）用于降低阻力的仿生结构的3D打印。（3）3D打印各向异性水输送的仿生结构。（4）用于水收集和清洁的仿生物3D打印结构。（5）3D打印仿生微针，用于药物输送。在每个方面，首先介绍了对生物结构形态和内部机制的研究。随后，讨论了仿生设计和3D打印技术的最新进展。最后，介绍了目前的成果、存在的挑战、应用、前景以及对未来潜在工作的展望。相关研究发表在《Advanced Functional Materials》上。（徐锐）
文章链接：
Q. He, T. Tang, Y. Zeng, et al. Review on 3D Printing of Bioinspired Structures for Surface/Interface Applications[J]. Advanced Functional Materials, 2023.
https://doi.org/10.1002/adfm.202309323
免责声明：本文旨在传递更多科研资讯及分享，所有其他媒、网来源均注明出处，如涉及版权问题，请作者第一时间后台联系，我们将协调进行处理，所有来稿文责自负，两江仅作分享平台。转载请注明出处，如原创内容转载需授权，请联系下方微信号。
