【產(chǎn)通社，4月28日訊】清華大學(xué)新聞中心（Tsinghua University News Center）官網(wǎng)消息，其材料學(xué)院周濟(jì)教授課題組在物理學(xué)期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上發(fā)表題為“由電磁耦合超構(gòu)分子產(chǎn)生的人工非線性”（Artificial Nonlinearity Generated from Electromagnetic Coupling Meta-molecule）的研究成果。該成果基于經(jīng)典電磁學(xué)理論，利用超構(gòu)材料思想，提出了一種全新的人工光學(xué)非線性材料。

光學(xué)非線性是一種強(qiáng)光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的普遍性的物理效應(yīng)，已在激光技術(shù)、光通訊和光信息技術(shù)等顛覆性技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。然而，由于缺乏描述自然非線性過程的清晰物理圖像，非線性光學(xué)材料的探索長期處于定性或半定量階段。實現(xiàn)一種可精確預(yù)測和精準(zhǔn)設(shè)計的人工光學(xué)非線性材料，成為一個極具挑戰(zhàn)且富有前景的課題。

本研究成果中提出的人工材料基于一個巧妙設(shè)計的人工超構(gòu)分子（metamolecule）內(nèi)部電場和磁場的耦合，打破了材料物理環(huán)境的空間對稱性，從而實現(xiàn)了人工設(shè)計的光學(xué)非線性。其非線性完全源于人工超構(gòu)分子，而無需自然光學(xué)非線性材料參與，因此可以通過改變?nèi)斯そY(jié)構(gòu)，對所產(chǎn)生的光學(xué)非線性進(jìn)行精確的設(shè)計和調(diào)控。同時，該人工非線性理論的物理過程明確且清晰，可應(yīng)用于非常寬的電磁頻譜。相關(guān)研究結(jié)果表明，通過適當(dāng)?shù)目s放超構(gòu)分子結(jié)構(gòu)的幾何尺寸，在微波到紅外波段均可以產(chǎn)生明顯的光學(xué)非線性。這一全新的人工理論，使得光學(xué)非線性具有了前所未有的設(shè)計自由度，將極大的促進(jìn)新一代光源及光信息技術(shù)的快速發(fā)展，同時也將促進(jìn)如非線性光學(xué)透鏡和非線性全息等新技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展。

該論文的通訊作者為清華大學(xué)材料學(xué)院周濟(jì)教授，第一作者為材料學(xué)院博士后文永正。本工作得到了國家自然科學(xué)基金委和中國博士后科學(xué)基金等項目支持。查詢進(jìn)一步信息，請訪問官方網(wǎng)站http://news.tsinghua.edu.cn，以及https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.167401。    （完）