来源：Physics Reports

原文：https://doi.org/10.1016/j.physrep.2024.05.004

01 背景介绍

静态和动态超材料具有操纵不同物理场的能力而被广泛研究和应用于多个领域。热传递方程包含非线性项，遵守质量、动量和能量守恒，因而在不同的传递模式下，可以展现椭圆型、抛物线型、双曲型和混合型。这类多模式传递特性使得热超材料在静态和动态操纵机制上区别于其他超材料。采用变换理论和其他方法来调制静态热超材料的辐射特性，推动了热隐身器、热集中器、热二极管等的发展。不同于静态情况下，近年来热传递操纵已扩展到动态系统。在超材料设计中引入流体动力学导致了诸多新颖的物理效应，如动态隐身、零阻力特性、拓扑热传递、非互易扩散和非厄米物理。此外，动态热超材料允许在时间和空间维度上进行精确控制，引发了可调节、可重构和智能热超器件等的应用。然而，很少有研究从静态和动态操纵的角度系统分析热超材料。

02 成果掠影

近日，郑州大学范春珍教授与华东理工大学王斌讲师以及上海第二工业大学王骏副教授团队在热学超材料领域，首次从动态和静态的视角，对包括传导、对流、辐射在内的多模调控理论进行了系统回顾，并对其中蕴含的拓扑、非互易和非厄米等新奇物理效应以及未来的发展趋势进行了分析和展望。研究成果以“Thermal metamaterials: From static to dynamic heat manipulation”为题发表在《Physics Reports》。

03 图文导读

图1 从动态和静态的角度描述热超材料的框架图。它们包含了操纵热传导、对流、辐射或其耦合效应的能力，从而导致一些新现象，如隐形、辐射冷却、阻力减少、拓扑扩散、手性输运和非厄米特效应，这些现象在各个领域都有潜在的应用。

图2 (a)热斗篷的示意图。热流围绕内部区域流动，说明了它如何保护内部区域免受热流的影响。(b)用热散射理论实现了热斗篷。

图3 活性热斗篷。(a)表示背景的温度分布。(b)嵌在没有矩形金属板中的圆形气孔。

图4 双功能热浓缩器。(a)扇形双功能选矿器由ABS和氧化铝组成。(b)表示几何参数，(c)为制作样品的照片。

图5 热变压器由4×4个旋转方块组成，(a)、(b)、(c)的旋转角度分别为0°、45°和90°。

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