课题组研究成果 On-chip omnidirectional electromagnetic-thermal cloak

发表在 iScience 27, 110105, July 19, 2024

DOI: 10.1016/j.isci.2024.110105

https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(24)01330-0 

该成果被“热知”公众号报道，详细的图文中文介绍，请参考热知公众号报道文稿： 

https://mp.weixin.qq.com/s/ikX-pqgChyUZ1sWRDRi7eg

    随着变换光学和超材料的发展，单物理场的隐身结构已广泛应用于各个领域。例如，电磁隐身结构用于减少雷达截面积，热隐身结构用于消除温度梯度变化，静磁场隐身结构用于逃避金属探测器等。由于许多场景涉及多物理场的相互作用，同时实现两个或更多物理场的隐身已成为隐身结构域的重要未来方向。

    随着智能生活的不断进步，多物理场混合设计在各个领域的应用都起到了重要的作用。比如，在高度集成的芯片系统中，为了同时解决全向电磁兼容性和多向热管理问题，需要同时实现热屏蔽和电磁屏蔽。然而，现有的热/电磁屏蔽方法通常只针对单一问题，如热屏蔽或电磁屏蔽，而不是同时解决这两个问题。能够同时引导电磁波和热流绕过电磁/热敏感元件的片上全角度电磁-热隐身结构，是解决高度集成片上系统中全向电磁干扰屏蔽和多向热散挑战的有效方法。

    为了同时实现热屏蔽和电磁屏蔽，本研究利用新型人工结构设计了一款能够对温度场和电磁波实现全角度隐身的结构。该隐身结构能够对特定偏振的电磁波和热流同时实现隐身效果，同时不影响外界电磁波和热流的分布。它存在一个区域，在这个区域内电磁波无法进入，且在热稳态时温度场梯度平滑，从而可以同时实现热屏蔽和电磁屏蔽。本研究的成果为片上系统中电磁兼容和热管理的混合设计提供了新的方法。

  该研究以“On-chip omnidirectional electromagnetic-thermal cloak”为题，发表在iScience期刊上。该研究提出了一种新型的片上全向电磁-热隐身结构。首先，研究者通过二次坐标变换的方法在电磁零空间介质中设计了对电磁波有效的全向电磁隐身模块，并利用波导结构超材料在10GHz的微波段给出了实现这种全向电磁隐身模块的方法。其次，通过求解拉普拉斯方程设计了对热流有效的全向热隐身模块，并利用层状热学超材料给出了该全向热隐身模块的实现方法。最后，在一个片上系统中将这两个模块巧妙地组合，从而同时实现对电磁波和热场的隐身效果，保护内置的电磁/热敏感元件，同时不干扰外部的电磁场和温度场分布。该研究可能在处理全向电磁兼容性/屏蔽和多向热管理/散热的芯片系统中具有潜在优势。

  该工作得到国家自然科学基金(项目编号12274317, 12374277, 61971300, 61905208)，山西省自然科学基金（项目编号202303021211054）和太原理工大学优秀青年基金的支持。