在現(xiàn)代集成電路和高頻通信等前沿科技領(lǐng)域，如何對(duì)狹小空間內(nèi)的熱量和電磁波進(jìn)行高效、協(xié)同的管理，是決定設(shè)備性能與穩(wěn)定性的關(guān)鍵。近日，上海理工大學(xué)理學(xué)院變換熱學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理與復(fù)雜系統(tǒng)研究中心莊鵬飛博士與合作者，提出了一種全新的“重標(biāo)度Schwarz-Christoffel變換”方法，攻克了長(zhǎng)期困擾多物理場(chǎng)超構(gòu)材料設(shè)計(jì)的“界面失配”難題。相關(guān)研究成果以“重標(biāo)度Schwarz-Christoffel變換”（Rescaled Schwarz-Christoffel Transformations for Isotropic, Polygon, and Multiphysics Metamaterials）為題，于2025年11月17日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。上海理工大學(xué)理學(xué)院是論文第一完成單位。論文通訊作者包括戴高樂(lè)博士（南通大學(xué)）、須留鈞博士（中國(guó)工程物理研究院研究生院）、黃吉平教授（復(fù)旦大學(xué)和上海理工大學(xué)）。
長(zhǎng)期以來(lái)，基于共形變換理論的超構(gòu)材料設(shè)計(jì)雖然強(qiáng)大，但在應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的各向同性材料時(shí)，往往導(dǎo)致器件與環(huán)境界面處的能流（如熱流和電磁波）發(fā)生扭曲和失配，這極大地限制了其實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)這一難題，團(tuán)隊(duì)提出的“重標(biāo)度Schwarz-Christoffel變換”方法將兩種數(shù)學(xué)變換巧妙結(jié)合：首先利用經(jīng)典的Schwarz-Christoffel變換處理復(fù)雜的幾何形狀，引導(dǎo)能流的主體路徑，再獨(dú)創(chuàng)性地引入重標(biāo)度變換，對(duì)界面處的能流密度進(jìn)行精確重構(gòu)和校準(zhǔn)。該方法實(shí)現(xiàn)了理論上的“完美匹配”，使得能流能夠平滑無(wú)損地進(jìn)出功能器件。研究團(tuán)隊(duì)基于該理論成功設(shè)計(jì)并數(shù)值驗(yàn)證了熱-電磁協(xié)同擴(kuò)展器(expander)、引導(dǎo)器(guider)和隱身斗篷(cloak)等多種功能器件，展示了該理論的普適性和有效性。
該研究突破了傳統(tǒng)共形變換理論在多物理場(chǎng)應(yīng)用中的內(nèi)在局限，為僅使用各向同性材料設(shè)計(jì)高性能、多功能超構(gòu)材料提供了一套普適的理論框架。
論文原理圖
論文鏈接：https://doi.org/10.1103/nzvh-lxr8
