在现代集成电路和高频通信等前沿科技领域，如何对狭小空间内的热量和电磁波进行高效、协同的管理，是决定设备性能与稳定性的关键。近日，上海理工大学理学院变换热学、统计物理与复杂系统研究中心庄鹏飞博士与合作者，提出了一种全新的“重标度Schwarz-Christoffel变换”方法，攻克了长期困扰多物理场超构材料设计的“界面失配”难题。相关研究成果以“重标度Schwarz-Christoffel变换”（Rescaled Schwarz-Christoffel Transformations for Isotropic, Polygon, and Multiphysics Metamaterials）为题，于2025年11月17日发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。上海理工大学理学院是论文第一完成单位。论文通讯作者包括戴高乐博士（南通大学）、须留钧博士（中国工程物理研究院研究生院）、黄吉平教授（复旦大学和上海理工大学）。
长期以来，基于共形变换理论的超构材料设计虽然强大，但在应用结构简单的各向同性材料时，往往导致器件与环境界面处的能流（如热流和电磁波）发生扭曲和失配，这极大地限制了其实际应用。针对这一难题，团队提出的“重标度Schwarz-Christoffel变换”方法将两种数学变换巧妙结合：首先利用经典的Schwarz-Christoffel变换处理复杂的几何形状，引导能流的主体路径[图(a)]，再独创性地引入重标度变换，对界面处的能流密度进行精确重构和校准[图(b)]。该方法实现了理论上的“完美匹配”，使得能流能够平滑无损地进出功能器件。研究团队基于该理论成功设计并数值验证了热-电磁协同扩展器(expander)、引导器(guider)和隐身斗篷(cloak)等多种功能器件，展示了该理论的普适性和有效性。
该研究突破了传统共形变换理论在多物理场应用中的内在局限，为仅使用各向同性材料设计高性能、多功能超构材料提供了一套普适的理论框架。未来，该理论有望应用于芯片散热、电磁兼容、高频电路的热-电磁一体化管理等关键技术领域，为解决我国在高端集成电路和射频系统中的“卡脖子”问题提供新的思路[图(c)]。
论文原理图
论文链接：https://doi.org/10.1103/nzvh-lxr8
