[科普中國]-電磁超構(gòu)表面

電磁超構(gòu)表面（Electromagnetic metasurface），又稱超表面，指一種厚度小于波長的人工層狀材料。根據(jù)面內(nèi)的結(jié)構(gòu)形式，超表面可以分為兩種：一種具有橫向亞波長的微細結(jié)構(gòu)，一種為均勻膜層 。超表面可實現(xiàn)對電磁波相位、極化方式、傳播模式等特性的靈活有效調(diào)控。

簡介電磁超構(gòu)表面（Electromagnetic metasurface），又稱超表面，指一種厚度小于波長的人工層狀材料。根據(jù)面內(nèi)的結(jié)構(gòu)形式，超表面可以分為兩種：一種具有橫向亞波長的微細結(jié)構(gòu)，一種為均勻膜層。超表面可實現(xiàn)對電磁波相位、極化方式、傳播模式等特性的靈活有效調(diào)控。1

歷史在電磁學(xué)中，對于界面的研究具有極其久遠的歷史。最典型的表現(xiàn)形式即E和H的切向分量在界面上連續(xù)。

1902年，發(fā)現(xiàn)了Wood異常，其實即光波在亞波長金屬光柵表面通過界面效應(yīng)轉(zhuǎn)化為表面等離子體（SPP）。同年，發(fā)現(xiàn)金屬薄膜可以看作一種邊界條件，在薄膜兩側(cè)E的切向分量連續(xù)，但H的切向分量不再連續(xù)。

2000年，Pendry提出利用納米金屬膜層實現(xiàn)完美透鏡。該類膜層可認為是一種超構(gòu)表面。

2005年，研究者提出了平面的等離子超表面，可將曲面?zhèn)鹘y(tǒng)透鏡變?yōu)槠矫?，實現(xiàn)聚焦功能。2008年，表面等離子體超表面被用來實現(xiàn)波束偏折。

2011年，哈佛大學(xué)提出V形天線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)相位控制，從而實現(xiàn)反常電磁波透射和反射。1

應(yīng)用通過超表面可實現(xiàn)負折射、負反射、極化旋轉(zhuǎn)、匯聚成像、復(fù)雜波束、傳播波向表面波轉(zhuǎn)化等新穎物理效應(yīng)。超表面豐富獨特的物理特性及其對電磁波的靈活調(diào)控能力使其在隱身技術(shù)、天線技術(shù)、微波和太赫茲器件、光電子器件等諸多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。1

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

甘志星 - 副教授 - 南京師范大學(xué)