Two-Dimensional Thermal Regulation Based on Non-Hermitian Skin Effect
Qiang-Kai-Lai Huang (黄强开来), Yun-Kai Liu (刘云开), Pei-Chao Cao (曹培超), Xue-Feng Zhu (祝雪丰), and Ying Li (李鹰)
Chin. Phys. Lett. 2023, 40 (10): 106601
DOI: 10.1088/0256-307X/40/10/106601
创新性地提出了一种二维热传导体系的热场调控方法,利用非互易耦合引入非厄米趋肤效应,实现了热场的定向调控,突破了以往热超材料调制自由度的限制,为未来热传导体系的温度调控提供了新的物理概念和调控策略。
图
(a):
边态热趋肤模型中
x
方向的广义布里渊区与布里渊区不重合,预示着
x
方向出现非厄米趋肤效应。
(b):
边态热趋肤模型的复平面能带图,在周期性边界条件下存在点能隙,预示着开边界条件下非厄米趋肤效应的发生。
(c):
边态热趋肤模型的含时演化图,温度随时间演化到了指定位置。
(d):
角态热趋肤模型中
x
、
y
方向的广义布里渊区与布里渊区不重合,预示着角态非厄米趋肤效应发生。
(e):
角态热趋肤模型的复平面能带图,在周期性边界条件下存在点能隙,预示着开边界条件下非厄米趋肤效应的发生。
(f):
角态热趋肤模型的含时演化图,温度随时间演化到了指定位置。
热耗散是自然界中普遍存在的现象,并伴随能量的浪费和信息的丢失。因此,对热扩散过程进行人工干预和调控具有广泛的应用前景,包括热隐身、热透明、热收集、器件散热、信道噪声衰减、系统隔热和人体热管理等方面。目前,主流的热场调控方法主要是调制材料的热导率或应用拓扑原理,但这些方法存在调制自由度少和依赖特定本征态的问题。因此,寻找新的调制自由度和引入新的物理方法对于推动热调控系统的发展至关重要。
最近,浙江大学李鹰课题组和华中科技大学祝雪丰课题组合作,将非厄米物理引入到热传导体系,基于非厄米趋肤效应成功实现了二维热传导体系的边态和角态热场调控。
与传统的热超材料调制方法不同,他们在Su–Schrieffer–Heeger (SSH)模型中调制非互易耦合,实现了温度场的边和角的定向聚集。非互易调制可以通过多个材料参数和几何参数来实现,提供了更大的调制自由度。经验证,该热场调控方法效率高、鲁棒性好,且其实际效果符合非厄米能带理论和广义布里渊区的理论预测。
该工作以新的物理概念和调制自由度赋能热场调控,并通过广义布里渊区和非厄米能带理论对该方法做出完备解释,为进一步实现更加有效的热场调控奠定了基础。