光学芯片、电磁隐身……复旦教授展望超构概况运用远景

2023年5月27日 ，光学概况是芯片复旦大学118周年校庆。“校庆种种行动
，电磁以增长迷信钻研为中间。隐身运用远景”从1954年校庆前夜时任校长陈望道提出这一主张开始，复旦在校庆时期举行迷信陈说会，教授就成为复旦的展望紧张学术传统之一。

不断学术传统，超构百年弦歌始终。光学概况5月9日起
，芯片来自文社理工医各学科的电磁50多位复旦名师将陆续带来学术演讲 。

6月1日，隐身运用远景“2023相辉校庆系列学术陈说”第三十场，复旦由复旦大学物理学系系主任周磊教授以“超构概况：逍遥操控光的教授平台以及未来光电器件的倾覆者”为题作陈说。

若何逍遥调控光（电磁波）既是展望紧张根基迷信下场 ，又对于实现光在信息、能源等规模的运用有严正意思。周磊从麦克斯韦方程动身，向导听众回顾了人们运用做作质料以及超构质料调控电磁波的睁开历程 ，深入浅出地介绍了超构概况这一新型电磁波调控质料的意见、机理
、及相关配合物理天气，最后展望了超构概况的睁开趋向以及运用远景。

麦克斯韦方程带你收支怪异的电磁天下

天空为甚么是蓝的？为甚么金子是金色的
？为甚么孔雀的羽毛如斯缤纷多姿？手机是若何传递信号的？太阳能若何被贮存以及运用 ？所有这些下场 ，都可能最终归为一个下场：电磁波是若何凭证咱们的要求转达的 ？

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周磊 寸菲 摄

周磊从麦克斯韦方程组动身，为巨匠揭示了天下如斯缤纷多彩的根基原因——人类生涯在充斥介质情景的电磁天下中，“微波、雷达波、太赫兹光
、红外光
、可见光 、紫外光 、X射线… 都知足同样的纪律 ，统称为电磁波，只不外它们具备差距的频率（波长）而已经。”

要实现对于电磁波的逍遥操控
，就需要实现对于介质质料的介电常数以及磁导率的恣意调控。可是
，由于可供抉择的原子种类及晶格部署方式有限，做作质料的电磁参数的取值规模受限（特意是高频下的磁导率），这极大限度了人们基于做作质料对于光的调控能耐 。

从做作材判断超构质料

若何威力够实现对于电磁波的逍遥调控呢？周磊将巨匠从做作质料天下带入了怪异的超构天下 。

20世纪末，人们提出了超构质料的意见，这是由亚波长家养微妄想（即“家养原子”）按特定的“部署方式”构建而成的家养复合电磁质料。由于超构质料的家养原子以及宏不雅部署方式均可按需恣意妄想，其具备远超做作质料的电磁调控能耐 ，实现为了负折射、超聚焦等老例质料无奈实现的配合电磁波调控效应
。周磊也是在20多年前就一头钻进了超构质料这一钻研规模 。

陈说中
 ，周磊以基于超构质料实现负折射及隐身为例，详细介绍了其中的物理机制 、试验实现及相关潜在运用。超构质料相关下场一再被Science杂志评选为“十大科技突破”之一，相关钻研成为光学规模的前沿。可是，作为三维体质料泛起的第一代超构质料
，面临妄想重大 、斲丧高 、难制备、不易集成等下场，这也极大限度了超构质料的睁开及运用推广  。

从超构概况到狭义斯涅耳定律

为了处置三维超构质料电磁调控的瓶颈性下场，周磊团队以及哈佛大学钻研团队相继提出了超构概况——由平面型家养原子按特定非平均部署方式构建而成的二维超构质料——的新意见。

随后，周磊详细介绍了若何运用非平均超构概况来倾覆斯涅耳定律——这近四百年来形貌电磁波界面反射/折射行动的固有定律，以及团队若何运用超构概况实现对于电磁波的偏振、波前、相位等特色的逍遥高效操控 
。这些原创性下场在实际上倾覆了人们对于电磁纪律的传统认知，为逍遥调控电磁波提供了实际以及试验根基。周磊团队也因此取患上2019年度国家做作迷信奖二等奖 。

在周磊看来，超构概况使人类实现逍遥调控电磁波的妄图再也不遥远，超构概况对于电磁波的强盛调控能耐有望在光学芯片、电磁隐身 、能源运用以及生物医疗检测等诸多规模取患上普遍运用 。“这个规模对于年迈人来说大有可为 ，既可能做根基钻研，又有机缘效率国家严正需要。”周磊说。

尽管，要实现超构概况器件的规模化运用
，还面临着诸多实际以及工艺上的挑战，好比若何处置超构概况器件的角度色散以及频率色散下场，若何突破现有质料以及加工工艺的限度从而实现大面积、柔性 、多样化以及低老本的高功能超构器件 ，若何将超构概况器件与现有光电器件相散漫实现高效片上光学芯片……这些兵临城下的迷信以及技术下场，都是周磊团队所要睁开的钻研倾向。