材料学院周济等完成的“非金属基超常电磁介质的原理与构筑”项目获2016年度国家自然科学奖二等奖。

超常电磁介质具有与常规材料迥异的奇特电磁特性。作为实现这类介质的主流技术，基于金属谐振单元的超构材料遇到了高损耗、难以调控及制备等难题。该项目从超常响应的基本原理出发，借助于非金属材料中丰富的电磁极化机制，初步创建了非金属基超常介质的原理框架和构筑策略，提出了具有普适性的超常电磁响应调控原理，建立了自下而上的非金属基超构材料制备策略，发展出具有低电磁损耗、简单人工结构、易于调控的全新的超常介质系统，并指导了器件应用。

图1：基于非金属材料及结构的超常电磁响应原理构建

（a）基于米氏散射原理的各向同性全介质超构材料的构筑原理；（b）陶瓷颗粒结构单元及三维体块超构材料；（c）实验测试与各向同性负电磁参数响应的实现

图2：天然非正定介质中的负折射效应

（a）石墨的原子结构示意图；（b）各向异性双曲介电常数的色散特性；（c）单晶石墨界面处的光线入射和折射示意图；(d) 光频全角负折射效应

图3：基于铁磁共振的磁场调控超常介质

（a）实验样品；（b）传输特性的磁场调控；（c）铁磁共振的磁场调控；（d）超常磁导率的调控

图4：“自下而上”的光频非金属基超常介质制备策略。

（a）基于胶体晶体模板的光频介质超构材料制备技术；（b）基于AAO模板的光频非正定介质制备方法