近日，复旦大学物理学系黄吉平教授课题组与合作者，在热超构材料与扩散系统控制领域取得新进展：提出并实验验证了“双零散射”理论框架，在热学系统中同时消除了背景介质和超构材料壳层内部的散射，实现了真正的“完美透明”。相关研究成果于2026年5月13日以“Dual-Zero-Scattering in Diffusive Transport”为题，发表于Physical Review Letters [Phys. Rev. Lett. 136, 196901 (2026)]。该文入选Editors’ suggestion和Synopsis featured in physics [Physics 19, s60 (2026)]，并被国际科技媒体Tech Xplore专题报道(https://techxplore.com/news/2026-04-invisible-device-disturb-metamaterial-shell.html)。我系黄吉平教授、上海理工大学刘晋榕博士、中国工程物理研究院研究生院须留钧研究员、新加坡国立大学/复旦大学金鹏博士为论文的共同通讯作者；我系博士生张奕扬为论文的第一作者；合作者包括同济大学/意大利卡梅里诺大学Fabio Marchesoni教授。

图：双零散射热超构材料的设计原理。(a)-(b) 无干扰的均匀背景与纯物体引起的温度场畸变（散射）。(c) 传统单零散射器件：超构材料壳层恢复了背景区域的温度分布，但壳层内部存在温度场扭曲。(d) 双零散射器件（以传感器为例）：通过坐标变换纠正内部等温线，同时消除背景和壳层中的散射，实现完美的“热透明”。

完美控制物理场并消除不必要的场畸变（即散射）一直是现代物理学和工程学的核心目标之一，其应用涵盖隐身技术到无损探测等诸多领域。超构材料凭借其对波动和扩散响应的强大定制能力，为实现这一目标提供了绝佳平台。然而，长期以来，热隐身斗篷等超构器件面临着一个根本性的困境：抑制外部背景散射通常必须以扭曲壳层内部的物理场为代价。这种内部畸变会产生侵入性的局部梯度，限制了其在需要同时保持内部和外部无干扰的高精度测量场景中的应用。无论是基于变换热学还是基于散射相消理论的传统设计，都未能突破这一两难的瓶颈，同时消除背景和壳层中的散射仍是一个长期存在的巨大挑战。

为了解决这一科学难题，此工作提出了一种全新的“双零散射”理论框架。该框架巧妙地将变换热学与散射相消理论相融合：首先通过传统的散射相消设计抑制背景介质中的外部散射，随后引入额外的坐标变换来“拉直”并中和壳层内部的残余温度扰动。为了在物理上实现该理论所需的极大各向异性热导率，研究团队引入了深度学习辅助的逆向设计策略。利用条件变分自编码器，将目标热导率张量直接映射到优化的微结构几何形状上，成功实现了具有大范围各向异性的超构材料壳层的自动化合成。

基于此，研究团队通过有限元模拟和红外热成像实验，成功构建并验证了双零散射热传感器、热隐身斗篷和热聚集器。实验结果表明，在双零散射传感器中，等温线在整个器件中被完美拉直且平行，实现了完全的散射消除；而在隐身斗篷和聚集器中，必要的温度畸变被严格限制在预设的薄功能层内，主体壳层实现了完全的热隐身。这些结果证明，该机制能够将器件的功能性（如隐身、传感或聚集）与其在背景中的散射特征完全解耦。

该研究打破了扩散场调控中长期存在的内部畸变消除与外部隐身不可兼得的矛盾，为设计真正非侵入式的热学超构器件建立了通用范式。这一突破在极高精度热探测、超导量子电路的极限热隔离以及活体细胞内部的无微扰温度监测等前沿领域具有巨大的应用潜力。更重要的是，该双零散射框架具有高度的普适性，不仅适用于质量扩散、颗粒扩散等其他扩散系统，还有望推广至声学、光学和弹性力学等波动系统，推动下一代智能、完美透明超构材料的发展。

论文地址：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/vxsz-nnf3