近日，复旦大学物理学系/应用表面物理国家重点实验室黄吉平课题组撰写了一篇关于扩散超构材料的综述论文。相关成果以“Diffusion metamaterials（扩散超构材料，）”为题发表于《自然评论物理》[Nature Reviews Physics 5, 218 (2023)。免费阅读全文：https://rdcu.be/c8hce ]。我系黄吉平教授与苏州大学蒋建华教授为论文的共同通讯作者，我系博士生张泽人为论文的第一作者，博士生雷敏为第四作者。

众所周知，若从控制方程的角度看，超构材料(metamaterial)这个大家族可以分为三大类（图1）：第一类是适用于电磁波或光波（横波）的超构材料，它们的控制方程是麦克斯韦方程组（一种波动方程），其起源于1968年，兴起于上个世纪90年代中后期；第二类是适用于其他波（包含纵波）的超构材料，它们的控制方程是麦克斯韦方程组之外的波动方程，其起源于2000年；第三类是适用于扩散的超构材料，它们的控制方程是扩散方程，其起源于2008年。

上述第三类超构材料，即扩散超构材料，正是本次综述论文的主题。

扩散超构材料是一种工作在扩散系统中的人工材料，它挑战了波动超构材料工作频率范围有限的约束。近十几年来，基于扩散超构材料的新型物理机制和现象不断涌现。扩散超构材料在质量分离、等离子体操纵、热伪装、扩散拓扑和非厄米性等方面也得到了前所未有的应用。2008年，黄吉平教授课题组提出适用于稳态热扩散方程的变换热学理论，并预言了热隐身，其后，在扩散超构材料领域亦取得了若干新成果。他们设计了多种热质扩散器件并深入研究了非线性热扩散现象。此外，该课题组还提出了变换等离子体等有实际应用前景的概念。这些研究为扩散超构材料领域的发展和应用奠定了基础，获得了同行的肯定与认可。

该综述详细介绍了扩散超构材料在诸如控制热扩散、颗粒动力学和等离子体物理等领域的发展。扩散超构材料是一个不断发展的领域，具有广阔的探索空间，其突破了波动系统中有限工作带宽的限制，这使得扩散超构材料在许多实际应用中具有吸引力。目前扩散超构材料的设计和制备仍面临一些挑战，如变换参数的复杂性和奇异性，以及自然材料和人造材料难以实现的极高热导率等极端物理参数。值得庆幸的是，散射相消理论和数值优化等理论为调整热导率和扩散率等参数提供了新的机遇。此外，扩散超构材料在诸如颗粒分离、热控制、晶体生长控制和辐射冷却等方面也具有广泛的应用前景。目前，关于扩散超构材料的研究仍存在许多引人入胜的话题，涵盖了从基础理论，到技术开发，再到工程应用的全链条研究。这篇综述论文总结、评论了扩散超构材料的现状，并尝试规划了未来发展。

图1：此图出自崔铁军院士团队论文[1]，即“超(构)材料概念的演进过程示意图”。图中红色文字是本专稿添加，黄吉平课题组本次的综述论文正以第三类超构材料为主题，其正起源于2008年该组发展稳态变换热学理论提出的热隐身概念。

参考文献：

[1] 张浩驰、汤文轩、刘硕、崔铁军，超材料(第6章)，中国新材料研究前沿报告2021，编写：中国工程院化工、冶金与材料工程学部、中国材料研究学会，化学工业出版社出版，2022年。第131-160页。