A multifunctional Janus metamaterial with a tunable anisotropic layer for universal Laplacian field control

超材料 材料科学 电场 各向异性 杰纳斯 堆积 光电子学 热的 双层 拉普拉斯算子 平面的 拓扑(电路) 领域(数学) 楔形(几何) 热导率 电阻抗 紧凑空间 热能 斜格 光学 变换光学 电压 能量(信号处理) 物理 蜂巢
作者
Zhengjiao Xu,Yan Li,Yongliang Li,Xingwen Tang,Zhou Ji,Chuanbao Liu,Yang Bai
出处
期刊:Materials horizons [Royal Society of Chemistry]
标识
DOI:10.1039/d6mh01631f
摘要

Multifunctional metamaterials have enabled the tailored manipulation of multiphysical fields, driving advancements in frontiers such as flexible electronics, advanced thermal management, and energy conversion. However, their practical deployment in complex environments requires not only structural compactness but also the ability to switch dynamically among multiple operations. Here, we propose and experimentally demonstrate a compact and tunable bilayer Janus metamaterial that achieves on-demand switching among concentration, rotation, and transparency functions in both thermal and electric fields, a methodology that can be readily extended to arbitrary Laplacian fields. This multifunctionality originates from engineered anisotropic thermal and electrical conductivity tensors, realized by alternately stacking high- and low-conductivity layers, which allow directional control of heat flux and electric current density. Specifically, by dynamically reorienting the anisotropic principal axis, the system exhibits controllable concentration, transparency, and rotation effects when the Laplacian flux passes parallel, perpendicular, or at an oblique angle relative to the layered stripes, respectively. Based on the mathematical isomorphism underlying the Laplace equation, this approach provides a readily implementable strategy for advanced multiphysical field regulation.

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