一维热声 Bloch 波的能带结构与有效性质

我们研究在一维管道中传播、配备周期热声耦合单元的声波的色散特性与有效性质。每个耦合单元由承受空间温度梯度的经典热声回热器构成。当声波穿过回热器时，发生热-声能量转换，并可根据波的传播方向放大或衰减波。空间梯度的存在自然导致互易性丧失。本研究提供了该热声耦合、可调的一维超材料的能带结构及传播性质的完备理论模型与深入数值分析。最显著的发现包括：该声学超材料能够支持与非互易单向能量传输相关的非互易热声 Bloch 波。值得注意的是，热声耦合还可实现有效零压缩率与零折射率，最终导致传播声波的相位不变性。这一单一零有效性质也被证明在实现声学隐身方面具有非常有趣的意义。