近日，我校电子信息工程学院（天元实验室）罗宇教授团队联合新加坡国立大学仇成伟教授，以及东南大学张婧婧教授课题组，在《Advanced Materials》上发表题为“Transformation-Invariant Laplacian Metadevices Robust to Environmental Variation”的学术论文。该研究提出并实验实现了一种基于强各向异性超材料（TIM）的隐形技术，成功克服了传统隐身技术在复杂环境中面临的关键挑战，为隐身斗篷技术的实际应用提供了全新的思路。实验室罗宇教授为第一通讯作者，南京航空航天大学为第一通讯单位。

变换光学通过将材料的介电常数和磁导率与空间坐标变换关联，能够精确操控电磁波，从而实现隐身衣、透镜、光束调控等功能。隐身衣作为变换光学与超材料的典型应用，已引起了广泛关注。经过多年研究，隐身衣的应用领域已从光学和声学扩展至静电学、热扩散等多个领域。然而，隐身衣的实际应用面临着一个重要难题——具有强烈的背景依赖性。迄今为止，所有已实现的超材料无源隐身衣都只能工作于单一背景环境。这一问题显著限制了其广泛应用。为了解决这一问题，本研究基于静态场系统中的TIM概念，提出了一个创新性的解决方案。研究表明，通过巧妙设计的TIM，可以实现适用于任意背景环境的完美隐身衣。同时，这种新型设计方法适用于任意满足拉普拉斯方程的物理场，包括静电场，静磁场，以及扩散场等。

下图展示了基于TIM的隐身衣的设计与工作原理。在传统隐身斗篷中，材料的电磁属性与背景介质密切相关，导致其强烈的背景依赖性。而TIM具有独特的物理特性，其介电常数和磁导率在任意坐标变换下保持不变。基于这一特性，TIM能够有效地解耦隐身衣的材料物理性质与背景介质，从而为解决背景依赖性问题提供了全新的理论框架。TIM的结构设计基于堆叠不同材料层（如铜和空气），以实现强各向异性材料的特性。通过合理安排材料层的排列方向，能够确保隐形效果的实现。基于这一设计，本研究成功实现了一种理想的静电场隐身衣。通过仿真计算与近场测量结果表明，该隐身斗篷能够在背景电导率从22至859 kS·m−1的变化范围内保持稳定的隐身效果。此外，研究还验证了该隐身斗篷在不同圆柱谐波阶数的背景场条件下，以及在三维隐身衣设计中对背景变化免疫的效应。这一方法不仅适用于电场，还能够扩展到静态磁场和热扩散等多个领域，在多种应用场景中实现有效的目标隔离。研究结果表明，该技术具有广泛的应用前景和潜力，能够突破传统隐身技术的局限，解决背景依赖性问题，为隐身技术在更加多样化应用场景中的实现奠定理论基础。

图1| 基于 TIM 的直流隐身衣设计原理。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202412929