我与科学基金(325)
近几年来，超表面光学结构在国际范围内引起广泛关注与深度研究，通过特定结构设计与特定宏观序空间排布，超表面可以对光波透反射场的幅值、相位、极化甚至角动量等进行深度调制，其科学研究与技术应用价值变得非常巨大。
浙江大学教授马云贵承担的浙江省自然科学基金杰出青年项目“人工有序光学超表面的科学构造及其应用研究”近日通过了结题验收。该研究的整体思路是以超表面的器件应用牵引，通过具体电磁器件或调控技术，来深入挖掘这种新型简化型人工结构的应用潜力，在实际执行过程中主要围绕光学计算、光学透镜、电磁吸波、界面辐射调控和磁场隐身等多个方面展开了研究。
马云贵教授告诉记者，人工超表面的基础理论与器件概念首先由哈佛大学F. Capasso等在2011年提出。他们发现在介质界面引入一个突变相位移，可以产生异常界面折、反射效果，由此得到广义的斯涅耳定律，并在实验上利用V 型亚波长金属天线阵列进行了验证。
相关的隐身衣研究和应用是本世纪发展起来的一种新型电磁对抗技术，具有巨大的科学突破意义与应用前景，在过去的十几年里一直吸引了社会与学术界的广泛关注。2015年，X. Ni等人利用Au-MgF2-Au(MIM)超薄结构实现了730 nm波长下的地毯式隐身，这种器件能对任意形状的三维物体实现近乎完美的隐身。基于同样的相位补偿思路，Y.Yang等人在2016年利用回字形金属结构实现了8 GHz偏振不敏感的宽入射角度的三维超表面隐身衣。
目前隐身技术的研究热点主要聚焦在高频段(微波、红外与可见光等)，很多针对不同物理场和应用场景的电磁学隐身衣被理论设计和实验验证，但是其中大多数设计都存在着某些局限性，如工作带宽狭窄，隐身角度有限等，而更加困难的是虽然在高频波段与之相关的基础理论、实验制备与测试技术上都取得了很大的进步，但因为理想隐身衣对材料参数要求过于严苛，工程上难以满足实现，也使得这些设计距离实际应用依然遥远，制造和普及真正实用的“隐身衣”任重而道远。
马云贵教授和他的研究团队在磁场隐身衣上做出了一系列创新工作，提出金属屏蔽抗磁与有源边界等新理论，实验上在室温下实现了静态与宽频动态磁场的完美隐身。在浙江省自然科学基金的资助下，他们多年来深入探索基于超表面的新型光及电磁波与物质结构相互作用的新理论与新应用，在光学计算、光学透镜、电磁吸波、辐射调控和磁场隐身等多个方面展开了持续不懈的研究，取得了大量有影响力的原创性科研成果，代表性为：一是提出了基于多层膜优化与神经网络法计算的光学微分计算器，并初步进行了实验验证，为全光快速光学计算的发展提供了关键技术；其二，提出了超表面透镜RGB三色消色差理论，完成了数值验证，进一步提出集成有透镜与吸收功能的多功能超表面器件；其三，提出并验证了基于复合超表面的多波段综合隐身理论，为雷达波、热辐射和可见光等多频段协同隐身提供了可靠方案；其四，探索了热光辐射界面调控的新理论与新方法，首次实现发现了石墨烯等离激元作用下的超普朗克黑体辐射现象，证实了热涨落理论应用于二维材料的可行性，也为热能利用(热光伏等)奠定了基础。其五，提出准静态理论，在三维磁场隐身研究上获得系列重要进展，解决了金属的近场反磁探难题。
马云贵承担的这项研究一共在Nature Communications(2篇)、Laser &Photonics Review、NPG Asia Materials、Physical Review Applied、Optics Letters等权威杂志发表高水平论文21篇，申请发明专利3项，得到了领域知名学者的广泛正面评价，隐身相关研究成果也得到Nature News、美国物理协会网站等知名学术媒体的亮点报道，项目主要成员也因此多次受邀在国际会议做邀请报告，部分研究成果荣获2018年浙江省自然科学一等奖。这些结果将为后续超表面的理论探索和应用技术发展起到比较重要的引导作用。另外，本项目一共培养博士后1 名，博士生7 名，硕士生6 名。
记者 金乐平 通讯员 王楠 陆丹旸