6月1日下午，庆祝建校118周年相辉校庆系列学术报告第三十场在相辉堂南堂举行，复旦大学物理学系系主任周磊教授以“超构表面：自由操控光的平台和未来光电器件的颠覆者”为题作报告，物理学系党委布告刘召伟主持报告会。
如何自由调控光（电磁波）既是主要根本科学问题，又对实现光在信息、能源等领域的运用有重大意义。周磊从麦克斯韦方程出发，带领听众回顾了人们利用自然材料和超构材料调控电磁波的发展进程，深入浅出地先容了超构表面这一新型电磁波调控材料的观点、机理、及干系奇异物理征象，末了展望了超构表面的发展趋势和运用前景。
麦克斯韦方程带你进着迷奇的电磁天下
天空为什么是蓝的？为什么金子是金色的？为什么孔雀的羽毛如此绚丽多姿？手机是如何通报旗子暗记的？太阳能如何被储存和利用？所有这些问题，都可以终极归为一个问题：电磁波是如何按照我们的哀求传播的？
周磊从麦克斯韦方程组出发，为大家揭示了天下如此绚丽多彩的根本缘故原由——我们生活在充满了介质环境的电磁天下中。“微波、雷达波、太赫兹光、红外光、可见光、紫外光、X射线… 都知足同样的规律，统称为电磁波，只不过它们具有不同的频率（波长）而已。”
要实现对电磁波的自由操控，就须要实现对介质材料的介电常数和磁导率的任意调控。然而，由于可供选择的原子种类及晶格排列办法有限，自然材料的电磁参数的取值范围受限（特殊是高频下的磁导率），这极大制约了人们基于自然材料对光的调控能力。
从自然材料到超构材料
如何才能够实现对电磁波的自由调控呢？周磊将大家从自然材料天下带入了奇妙的超构天下。
20世纪末，人们提出了超构材料的观点，这是由亚波长人工微构造（即“人工原子”）按特定的“排列办法”构建而成的人工复合电磁材料。由于超构材料的人工原子和宏不雅观排列办法均可按需任意设计，其具有了远超自然材料的电磁调控能力，实现了负折射、超聚焦等常规材料无法实现的奇异电磁波调控效应。周磊也是在20多年前就一头钻进了超构材料这一研究领域。
报告中，周磊以基于超构材料实现负折射及隐身为例，详细先容了个中的物理机制、实验实现及干系潜在运用。超构材料干系成果多次被Science杂志评比为“十大科技打破”之一，干系研究成为光学领域的前沿。然而，作为三维体材料呈现的第一代超构材料面临构造繁芜、损耗高、难制备、不易集成等问题，这也极大制约了超构材料的发展及运用推广。
从超构表面到广义斯涅耳定律
为理解决三维超构材料电磁调控的瓶颈性问题，周磊团队和哈佛大学研究团队相继提出了超构表面——由平面型人工原子按特定非均匀排列办法构建而成的二维超构材料——的新观点。
随后，周磊详细先容了如何利用非均匀超构表面来颠覆斯涅耳定律——这近四百年来描述电磁波界面反射/折射行为的固有定律，以及团队如何利用超构表面实现对电磁波的偏振、波前、相位等特性的自由高效操控。这些原创性成果在理论上颠覆了人们对电磁规律的传统认知，为自由调控电磁波供应了理论和实验根本。周磊团队也因此得到2019年度国家自然科学奖二等奖。
超构表面领域研究任重而道远
在周磊看来，超构表面使人类实现自由调控电磁波的梦想不再迢遥，超构表面对电磁波的强大调控能力有望在光学芯片、电磁隐身、能源利用和生物医疗检测等诸多领域得到广泛运用。“这个领域对年轻人来说大有可为，既可以做根本研究，又有机会做事国家重大需求。”周磊说。
当然，要实现超构表面器件的规模化运用，还面临着诸多理论和工艺上的寻衅，例如如何办理超构表面器件的角度色散和频率色散问题，如何打破现有材料和加工工艺的限定从而实现大面积、柔性、多样化和低本钱的高性能超构器件，如何将超构表面器件与现有光电器件相结合实现高效片上光学芯片……这些迫不及待的科学和技能问题，都是周磊团队所要开展的研究方向。
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主讲人先容
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周磊
复旦大学物理学系教授
博士生导师
紧张研究领域包括微纳光子学，超构材料，等离激元学等，长期从事基于超构材料的电磁波调控的理论和实验研究，在包括Nature Materials在内的期刊上揭橥论文200多篇，累计被引18000多次。2019年领衔荣获国家自然科学二等奖，2019-2022年连续四年入选ESI环球高被引学者。
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下期预报
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6月2日下午
庆祝建校118周年
相辉校庆系列学术报告
第三十一场
将在相辉堂南堂举办
欢迎参加
来源：物理学系 校融媒体中央
笔墨：何琼
拍照：寸菲
责编：章佩林
编辑：邓晨菲
