具有可调平坦带、零频率和波数间隙的层次型超材料

超材料是由在空间、时间或两者同时重复的基本构件组成的材料系统。这些材料系统是控制波动的优秀平台，可用于工程化波数带隙、平坦带和零频率带隙。然而，在同一单元单元设计中组合一个或多个这些特殊特征仍然是一个挑战。而且，一旦实现了超材料，其色散特性通常是固定的。在本工作中，我们提出了一种可调被动层次型超材料，能够在同一色散曲线中表现出波数带隙、平坦带和零频率带隙。我们的超材料由位于固定磁边界内的磁性元素构成。通过调整磁边界，超材料可被调谐，这进而改变晶格周期性。通过在单元单元元素中引入磁性耦合来打开波数带隙，从而导致负物理刚度。磁性耦合的可调性还能够实现色散带的完全平坦化。此外，我们单元单元设计中的地面刚度会导致零频率带隙的开启。我们通过分析、数值和实验方法来展示我们的方案。分析框架为获得每种这些特殊色散特征提供了蓝图。数值分析使用线性和非线性模型验证了我们的分析预测，并通过实验演示予以进一步确认。我们的工作为探索磁性可调性和层次性在具有特殊特性的工程超材料系统中，这些特性可被用于先进的声学和机械装置中所打开的道路。