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研究快讯 | 通过梯度下降法实现声子晶体的逆向设计
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Inverse Design of Phononic Crystal with Desired Transmission via a Gradient-Descent Approach
Yuhang Wei (魏宇航) and Dahai He (贺达海)
Chin. Phys. Lett. 2023, 40 (9): 090502
DOI: 10.1088/0256-307X/40/9/090502
文章亮点
本文提出了根据给定声子传输系数逆向设计晶格构型的方法，实现了简谐晶格中任意有限频率范围内的声子准透明输运，为逆向设计热超材料及进一步理解声子输运的物理机制提供了新的思路。
声子准透明输运的实现。左图：目标传输系数（黑色虚线）与逆向优化得到的构型具有的传输系数（红色实线）的对比；右图：第i个模式首尾两端的约化振幅之比| E1i/ENi |，| E1i/ENi |≈1对应左图中的准透明输运。
通过梯度下降法实现声子晶体的逆向设计
研究背景
热超材料是一类由人工设计，具有特定微观结构，能实现特定热力学功能的新型材料，其主要原理是通过调控微观结构的热输运来实现宏观热管理。这一领域近年来取得了长足的发展，人们提出了如热二极管、热晶体管、热隐身斗篷和声子聚焦等新型热器件及热效应。随着各种机器学习和智能算法的发展，计算机辅助设计热超材料逐渐被应用于该领域，其核心问题之一是基于期望的材料性质逆向寻找构型。发展逆向设计构型的方法并理解所得到的微观构型如何影响材料的宏观性质具有重要意义。
内容简介
最近，厦门大学物理科学与技术学院贺达海课题组提出一种基于梯度下降法的逆向设计方案，实现了简谐晶格中任意有限频段内的声子准透明输运，并给出了理论解释。该工作论述了原则上任意给定声子传输系数都可以反向设计晶格构型的事实，并基于梯度下降法给出了声子准透明输运的例子。他们通过给出基于简正模式的传输系数表达式，发现了模式两端振幅之比在一定程度上决定了其处于声子透明态还是阻塞态。
研究意义和重要性
该工作为逆向设计热超材料提供了新的案例，给出了声子透明输运的理论解释，为进一步理解声子输运的物理机制提供了新的思路。
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