基于极性晶格振动的本征型超常电磁介质.pdf

2011 年 第 56 卷 第 7 期：504 ~ 510 《中国科学》杂志社 评 述 SCIENCE CHINA PRESS 基于极性晶格振动的本征型超常电磁介质 ① ①* ② 王睿 , 周济 , 邱祥冈 ① 清华大学新型陶瓷材料与精细工艺国家重点实验室, 北京 100084; ② 中国科学院物理研究所, 北京 100190 * 联系人, E-mail: zhouji@ 2010-11-01 收稿, 2011-01-27 接受 国家自然科学基金资助项目 摘要 具有反常电磁参数的新型介质材料由于其新颖的物理性质和广阔的应用前景引起了 关键词 越来越多的关注, 其使用频率范围也逐渐由微波段向可见光频段发展. 目前, 典型的超常介 超常电磁介质 质材料主要由人工设计的金属周期结构来实现, 但是到红外以上的光频段, 这类人工结构面 极性晶格振动 临着加工技术、物理学和材料学极限等方面制约. 因此, 摆脱人工结构而探索材料本征特性 本征特性 红外 与电磁波的相互作用行为, 寻找来自材料本身的超常电磁特性, 将成为高频超常电磁介质和 强各向异性介质 器件的重要发展方向之一. 在红外波段本征超常电磁介质的研究方面, 利用极性晶格振动和 电磁波相互作用机制实现超常介电常数是一个新的研究方向. 本文较详细地介绍了该机制 原理及其在实现超常电磁介质方面的应用和取得的主要研究成果. 超常电磁介质是一类具有奇异电磁特性(介电常 基人工结构来实现超常电磁特性的难度将越来越大. 数、磁导率在 1 以下(包括负值)) 的材料系统, 其中同 而从天然材料中寻找超常电磁响应成为实现超常电 时具备负介电常数和负磁导率的左手材料最具代表 磁介质的又一途径, 如利用铁氧体磁性材料本征的 性. 超常电磁介质一般通过超材料(metamaterials), 铁磁共振实现微波可调的负磁导率[16~18], 或利用铁 即利用金属周期结构来实现[1~12]. 超材料奇特的物理 电体的电共振实现负介电常数[19,20]等. 上述电、磁谐 特性来源于其中的人工结构, 而非材料本身. 超材料 振特性一般都具有高频截止的特点, 这些响应无法 概念的提出具有重要意义, 不仅拓展了功能材料的 延续到红外或可见光波段, 从而限制了这种本征超 性能空间, 也为材料功能的设计和剪裁提供了新途 常电磁介质的发展, 如何实现红外或更高频段的本 径, 近年来引起了科学界的广泛关注. 左手材料的发 征超常电磁特性成为亟待解决的问题. 近年来, 利用 现以及利用超材料实现电磁隐身的相关研究被 晶体的极性晶格振动, 即极化激元, 来实现红外波段 Science 分别评为2003 和2006 年度十大科技突破之 的超常电介质引起了研究者的极大兴趣, 并取得了 一[13,14], 同时被Materials Today 评为近50 年材料领 显著进展, 本文拟结合国内外相关的研究工作,