中国科大电热四功能超材料实现四场解耦可编程调控

多物理场超材料作为面向多物理场精准调控的核心人工结构，可通过材料热、电物性与几何拓扑设计，同步规划电流、电压、热流、温度分布，是自适应伪装、高效能源传输、先进微电子热管理等领域的关键核心技术。然而，电子–声子强相互作用、电压场–电流场与温度场–热流场本征耦合，长期制约传统设计仅能实现单一或双功能，难以在统一架构下完成多场解耦操控，成为多物理场超材料发展的核心瓶颈。

近日，中国科学技术大学信息科学技术学院赵刚教授、工程科学学院何立群副教授联合浙江大学李鹰研究员领衔的超材料研究团队，提出基于场线引导坐标变换的电热四功能超材料（ETQFM），相关研究成果以“Programmable Electrothermal Quad-Functional Metamaterials for Decoupled Multi-Field Control”为题，发表于材料领域国际知名期刊Advanced Materials。

图1. 电热四功能超材料（ETLM）的结构设计与工作原理示意图

研究团队创新采用场线引导坐标变换设计策略，先沿电流、热流线实施坐标变换，精准引导能量传输路径；再沿等势、等温线二次坐标变换，实现电场与热场响应的彻底解耦。通过统一拓扑框架，仅需调整几何结构与边界条件，即可在单一器件内同步实现电压隐身、电流聚集、温度隐身、热流聚集等多种独立功能，且可通过旋转边界条件实现功能切换，突破了传统电热超材料功能单一、场响应强耦合的瓶颈。

研究人员表示，该成果首次在单一结构中实现电压、电流、温度、热流四场独立可编程操控，打破“材料属性决定场调控能力”的传统认知，未来可进一步拓展至声波、弹性波等其他扩散场与波动场调控，为跨尺度、多物理场智能器件提供通用设计框架。

论文共同第一作者为中国科学技术大学博士生曹先荣、硕士生刘宜新、副研究员张兵、本科生苏洪达；通讯作者为中国科学技术大学赵刚教授、何立群副教授以及浙江大学李鹰研究员。本文工作得到了中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项（B类先导专项）、国家自然科学基金以及中国科大学科交叉中心2025“璧合”交叉创新青年项目等资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202522718

（信息科学技术学院、智能低温生物医学工程实验室、科研部）