線性交叉超構材料及其應用（特邀）

郭志偉，江海濤，陳鴻

（同濟大學物理科學與工程學院，先進微結構材料教育部重點實驗室，上海200092）

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近年來興起的光子人工微結構大大提高了人們對電磁波的調控能力。光子人工微結構主要包括多重散射機制下的光子晶體［1-3］以及等效介質理論下的超構材料［4-7］，其均主要是利用“人造原子”陣列的周期性調制來對電磁波進行精準的控制。具體而言，光子晶體是由兩種光學材料（介質或金屬等）組成的人工周期性結構，其特征是周期結構尺度與調控光子的波長接近。光子晶體的基本特征是具有光子帶隙，因而其可以像半導體控制電子一樣來控制光子的運動［1-3］。與光子晶體不同，超構材料是由金屬-介質微結構實現的，其特征是單元的尺度遠小于調控光子的波長。超構材料的一個重要特點是對電磁參數調控靈活。通過亞波長的金屬微結構來設計特殊的電磁共振單元，超構材料就可以任意的調節材料的有效介電常數ε和有效磁導率μ［4-7］。例如，人們通過設計合適的亞波長共振單元，實現了電單負（ε＜0，μ＞0）［8］、磁單負（MNG，ε＞0，μ＜0）［9］、雙負（ε＜0，μ＜0）［4-5］、零折射率（ε=0 或μ=0）［10］和梯度超構材料［11］等。具有特殊電磁參數的超構材料已經被證實可以實現許多常規材料所難以實現的新奇功能，比如負折射［4-5］、隱身［11］、光學黑洞［12］等。

除了各向同性的電磁響應之外，通過合適的設計電磁共振單元的排布方式，人們還可以構造各向異性的超構材料。各向異性超構材料的電磁參量可以用3×3 的張量矩陣來表示為［13］