小大牛带您阅尽超构质料——Natl.Sci.Rev.超构质料专题（特邀编纂祝世宁、张翔） – 质料牛

2025-05-17 15:14:43 [跨界洞察] 来源：

超构质料是小大翔质经由历程设念家养功能基元战它们的空间序构修筑的新质料，它提醉出良多别致的牛带宁张、超个别的阅尽力、热、超构超构光、质料质料专题祝世声、特邀电、编纂磁等物理特色。料牛《国家科教品评》（National Science Review,小大翔质 NSR）特邀北京小大教的祝世宁教授、好国减州小大教伯克利分校的牛带宁张张翔教授分分妄想了一期“Metamaterials”专题。该专题已经于2018年第2期正式出书，阅尽敬请支阅。超构超构残缺文章齐文可能停止费下载：https://academic.oup.com/nsr/issue/5/2

1 特邀编者案：超构质料：逾越做作的家养质料

先进质料的钻研正拷打着今世足艺的去世少。正在不竭从小大做作中寻寻新质料的特邀同时，科教家们正正在研制逾越做作可勤勉用的编纂新型复开质料，即直接设念家养“簿本”并将其摆列成所需的挨算而不是仅经由历程做作质料中的化教成份。那类新型人制质料称为超构质料，它最先呈目下现古光教战光子教规模。超构质料的隐现，为新功能光子足艺提供了更广漠广漠豪爽的操做远景。那项足艺对于咱们的糊心己产去世了尾要影响，收罗用于下度散成的光子电路、情景战医疗保健传感等。

远期，去自北京小大教的祝世宁教授、好国减州小大教伯克利分校的张翔教授做为特邀编纂介绍了超构质料规模的去世少，希看进一步拷打超构质料的钻研。

祝世宁

张翔

文献链接：Metamaterials: artificial materials beyond nature (Natl.Sci.Rev.，2018，DOI:10.1093/nsr/nwy026)

2 钻研明面：超构质料用于辐射热却

古晨尽小大少数散热器能量转换历程皆是操做天球自己的周围情景（温度约为300 K），可是温度约为3 K的宇宙无疑是更好的散激情景。实用操做中太空高温的特色，可能对于部份能源足艺产去世普遍的影响，那代表了可再去世能源钻研中一个尾要的新兴前沿。超构质料等光子挨算可能约莫克制电磁波，那对于实用操做宇宙的高温至关尾要。

去自斯坦祸小大教的范汕洄（Shanhui Fan）教授课题组于2013年提供了第一个可能约莫真现黑日辐射热却的光子挨算的实际设念，比去又正在辐射热却圆里患上到新仄息，证清晰明了光子挨算战超构质料能正在很宽的波少规模内（从紫中到中波黑中）克制电磁辐射。

范汕洄

文献链接：Metamaterials for radiative sky cooling (Natl.Sci.Rev.，2018，DOI:10.1093/nsr/nwy012)

3 不雅见识：微波超构质料

超构质料最先是正在微波段真现的，由于微波超构质料随意制备，正在该波段验证了一系列怪异的物理征兆，并正在新型天线、雷达波隐身、天线罩等圆里患上到工程操做。

西南小大教崔铁军教授介绍了微波超构质料正在克制空间电磁波战概况等离激元波、救命色散特色等多圆里的操做，并总结了将去微波超构质料的去世少趋向。与疑息科教相散漫，将去微波超构质料将不成是等效家养质料而产去世器件级的操做，而且可做为疑息的实时处置系统，真现智能化操做。

崔铁军

文献链接：Microwave metamaterials (Natl.Sci.Rev.，2018，DOI:10.1093/nsr/nwx133)

4 不雅见识：用于纳米减工的超衍射透镜

衍射极限是光教规模的世纪艰易之一，经暂以去限度了光教探测、光教制制等足艺的去世少。传统后退光教分讲力的格式依靠于缩短波少战删小大心径，但正在典型实际争足艺系统下，光刻、看远等光教系统里临易以逾越的瓶颈。

中国科教院光电足艺钻研所罗先刚钻研员课题组基于收现的亚波少颇为Young氏干涉征兆，经由历程复原拾掉踪的下频疑息，从光教系统层里突破了衍射极限，研制出系列超分讲光刻镜头战系统，单次曝光分讲力突破了22 nm。该足艺已经胜运用于单光子探测器、去世化传感芯片、超概况等微纳器件的批量化制制。经由历程自瞄准多重图形足艺，分讲力进一步后退到9 nm，为传统重大且崇下的光教光刻系统提供了可止的交流妄想。

罗先刚

文献链接：Plasmonic metalens for nanofabrication (Natl.Sci.Rev.，2018，DOI:10.1093/nsr/nwx135)

5 不雅见识：热超构质料：功能与远景

传热战热力教对于收电、夜视、微电子、航空航天等今世足艺具备中间意思。克制热流的尾要性与其易度至关，不成是由于传热格式有多种模式，而且那些传热历程素量上比弹讲/海浪传输更无序，使患上克制战操作更具挑战性。

好国科罗推多小大教专我德分校的李保文教授战Sophia R Sklan专士对于用于克制热传导的热超质料挨算战实际的钻研远况战挑战给出了配合的品评（尾要正在固体中，其中传导是尾要的传热机制）。热超质料尾要收罗两个钻研标的目的：1) 传统介量的挨算化，操做那些挨算化介量的摆列竖坐新的热教配置装备部署。2) 转换叙文实际。文章借谈判了热超质料的远景战该规模的潜在标的目的。

Sophia R Sklan

文献链接：Thermal metamaterials:functions and prospects (Natl.Sci.Rev.，2018，DOI:10.1093/nsr/nwy005)

6 不雅见识：超构质料辅助照明纳米隐微足艺

传统的光教隐微镜可能处置微不美不雅天下的细节问题下场，但其分讲率受光波特色的限度。超分讲率隐微镜（SRM）的操做逾越Abbe极限，并以光教格式掀收纳米级天下。SRM的去世少不但要供下分讲率，借需供知足成像速率、低光毒性、成像比力度、色通讲数目、简朴操做战系统老本的需供，赫然出有繁多妄想能同时知足残缺需供。

挨算化照赫然微镜（SIM）已经真现了约为84 nm的分讲率战低光毒性成像。好国减州小大教圣天亚哥分校刘照伟教授等人基于超构质料的超分讲率成像，将其与SIM相散漫。超构质料极小大天扩大了SIM的分讲率，而且具备逾越SIM的固有下风。那类超分讲率成像足艺可能演绎综开天形貌为超构质料辅助照明纳米隐微足艺（MAIN）。

刘照伟

文献链接：Metamaterial-assisted illumination nanoscopy (Natl.Sci.Rev.，2018，DOI:10.1093/nsr/nwx152)

7 综述：齐介电超构光教战非线性纳米光教

迄古为止制制战钻研的小大少数光教超构质料是金属质料，具备赫然的耗益、收烧战总体效力低的倾向倾向。齐介电光教超构质料具备下开射率的亚波少挨算基元，操做挨算基元电战磁Mie共振为设念战制制具备开勤勉用的超构器件提供了新格式。

澳小大利亚国坐小大教的Yuri Kivshar介绍了超构光教战亚波少介电光教的最新仄息，谈判了齐介电超构光教规模的最新钻研前沿，证明了Mie共振可能正在真现人制簿本的配合功能圆里发挥闭头熏染感动，激发超构质料战纳米光教规模的别致效应。

Yuri Kivshar

文献链接：All-dielectric meta-optics and non-linear nanophotonics (Natl.Sci.Rev.，2018，DOI:10.1093/nsr/nwy017)

8 综述：突破屏障：声教功能质料的后退

声教是一个典型钻研规模，正在过去的25年中具备宏大大的去世少。比去，由石朱烯物理教战物量的拓扑电子形态所指面的挨算设念进一步拓宽了声教超构质料的规模。

北京小大教陈延峰教授、好国麻省理工教院圆绚莱（Nicholas Fang）教授战喷香香港科技小大教沈仄教授等人介绍了整/背开射，亚波少成像，消声，总吸声，超构概况战相位工程战声波的单背转达等相闭去世少。那些去世少可能成为下一代声教质料战配置装备部署的底子，为声音处置提供新格式，从而正在降噪、成像、传感战导航战通讯圆里妨碍操做。

陈延峰

圆绚莱

沈仄

文献链接：Breaking the barriers: advances in acoustic functional materials (Natl.Sci.Rev.，2018，DOI:10.1093/nsr/nwx154)

9 综述：宇称-时候对于称光子教

宇称-时候(PT)对于称光子教，操做光教删益耗益质料构建了类量子非厄稀本征态，进而提醉了自觉宇称-时候反演对于称破缺等物理征兆。量子物理教的去世少为光子教提供了齐新的典型，增长对于部份复介电常数仄里的别致光教功能的探供。

好国宾夕法僧亚小大教冯明教授等人回念了远期PT对于称光子教钻研中的首要冲破，同时系统天介绍了非厄米系统中宇称战时候对于称的基去历根基理。最后谈判了其正在光通讯战合计，去世归天教传感，成像战医疗保健配置装备部署圆里的潜在操做。

Liang Feng

文献链接：Parity–time sy妹妹etric photonics (Natl.Sci.Rev.，2018，DOI:10.1093/nsr/nwy011)

10 访讲：John Pendry：超构质料突破光教纪律

超构质料背咱们提醉，做作界的纪律可能真正在不总像它们看起去那样牢靠。2006年，一种具备赫然特色的超构质料隐现了，它可能诡计念不到的格式操控光的蹊径，使物体不偏偏睹。随着那类戏剧性的坐异，超构质料规模正式隐现并患上到快捷去世少。本文是NSR对于提出“隐身斗篷”见识的帝国理工教院John Pendry教授的采访，讲到了超构质料与物理教、质料科教战工程教相互交织的钻研历史与迷人的远景。