人工電磁超表面（meta-surface）是近一兩年人工電磁超材料（metamaterial）研究的最新發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)之一，它可實(shí)現(xiàn)對電磁波反射和透射的靈活調(diào)控。近日英國自然出版集團(tuán)出版的《科學(xué)報(bào)告》（SCIENTIFIC REPORTS | 3 : 3059 | DOI: 10.1038/srep03059）發(fā)表了南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院馮一軍教授課題組的題為“Active impedance metasurface with full 360° reflection phase tuning”研究成果，該論文主要報(bào)道了一種可實(shí)現(xiàn)電磁波反射相位360度動(dòng)態(tài)調(diào)控的新型人工電磁超表面。
超表面是一種由超材料結(jié)構(gòu)單元構(gòu)造的超薄二維陣列平面，可實(shí)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。2011年通過超表面實(shí)現(xiàn)反常電磁波透射和反射，從而拓展傳統(tǒng)電磁波折射定律的工作在美國《科學(xué)》雜志發(fā)表后即引起了廣泛的關(guān)注，通過超表面可實(shí)現(xiàn)負(fù)折射、負(fù)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(dú)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。
超表面對電磁波相位的調(diào)控是其運(yùn)用的關(guān)鍵，而目前絕大多數(shù)超表面一經(jīng)設(shè)計(jì)成型后，其對電磁波相位性質(zhì)的調(diào)控就固定不變了。最近，馮一軍教授和朱博博士將有源微波器件融入超表面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了超表面電磁波阻抗的主動(dòng)調(diào)節(jié)。他們巧妙地設(shè)計(jì)了一種具有雙諧振性質(zhì)的超表面單元，可在固定頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)對微波信號(hào)反射相位的360度連續(xù)動(dòng)態(tài)調(diào)控，解決了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中相位調(diào)節(jié)范圍不足的問題。運(yùn)用這種技術(shù)可對超表面每個(gè)單元的相位調(diào)節(jié)性質(zhì)進(jìn)行改變和控制，形成多種形式的相位調(diào)節(jié)方案，為電磁波調(diào)控提供了更為靈活的方法。該超表面設(shè)計(jì)方法還可進(jìn)一步擴(kuò)展到太赫茲、紅外和光波段的器件設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)對電磁波的波束調(diào)節(jié)、波束掃描、匯聚成像、復(fù)雜波束形成、極化轉(zhuǎn)換等調(diào)控，具有廣闊的應(yīng)用前景。
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、青年基金和重大項(xiàng)目（項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：61301017, 61371034, 60990322, 61101011）和教育部的資助。
