具有宽带双负折射率的各向异性弹性超材料的拓扑优化

针对医疗超声和检测中前景广阔的超级透镜，同时具有负质量密度和负弹性模量的双负超材料可作为打破衍射极限的理想超级透镜。本文采用拓扑优化设计具有宽带双负折射率的二维单相各向异性弹性超材料，并在深亚波长尺度上数值演示了超级透镜成像。我们还讨论了目标函数和约束中采用的若干参数对优化结果的影响。与以往报道的所有机制不同，我们的优化结构展现出用于负质量密度、负纵向和剪切模量的新四极或多极共振。此外，我们在单相材料中观察到横波的负折射。大多数结构可在特定频率下作为纵波或横波的各向异性零折射率超材料。隐身效应在纵波和横波中均得到演示。而且，通过优化中的特定约束，我们设计了一种超各向异性超材料，分别在两个主方向上表现出双负和双曲色散。我们的优化工作为负折射率工程在弹性超材料中提供了稳健的计算方法，并指导其他类型超材料（包括电磁和声学超材料）的设计。优化结构的异常特性可能启发新的想法和新型应用，包括低频振动衰减、平面透镜和未来弹性波超声成像。