超材料（英文：Metamaterial）, 拉丁語前綴詞根“meta-”表示“超出、另類”等含義。指的是一類具有特殊性質(zhì)的人造材料，這些材料是自然界沒有的。它們擁有一些特別的性質(zhì)，比如讓光、電磁波改變它們的通常性質(zhì)，而這樣的效果是傳統(tǒng)材料無法實(shí)現(xiàn)的。超材料的成分上沒有什么特別之處，它們的奇特性質(zhì)源于其精密的幾何結(jié)構(gòu)以及尺寸大小。其中的微結(jié)構(gòu)，大小尺度小于其作用波長(zhǎng)，因此得以對(duì)波施加影響。對(duì)于超材料的初步研究是負(fù)折射率超材料。

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超材料的奇異性質(zhì)使它具有廣泛的應(yīng)用前景，從高接收率天線，到雷達(dá)反射罩甚至是地震預(yù)警。超材料是一個(gè)跨學(xué)科的課題，囊括電子工程、凝聚態(tài)物理、微波、光電子學(xué)、經(jīng)典光學(xué)、材料科學(xué)、半導(dǎo)體科學(xué)以及納米科技等等。

經(jīng)過工程設(shè)計(jì)以具有自然界中未發(fā)現(xiàn)的特性的超材料，由于其獨(dú)特的功能和令人興奮的應(yīng)用而長(zhǎng)期得到科技研究人員的開發(fā)和研究。然而，直到現(xiàn)在，研究人員還不清楚其熱輻射特性背后的物理原理。

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在最近的《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表的一篇論文中，卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的科學(xué)家們，創(chuàng)建了一種超材料的新的尺度定律，以描述超表面和超材料的熱輻射。

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論文作者為中國(guó)學(xué)者、卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)機(jī)械工程系副教授沈晟（Sheng Shen）和他的博士研究生李嘉雨（JIayu Li）和于波文（Bowen Yu）。

如下圖所示，新的尺度定律揭示了超材料的集體熱輻射行為背后的物理原理。

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李說，“有了這一新的尺度，揭示了超材料的集體熱輻射行為背后的基本物理原理，研究人員可以輕松地利用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)和優(yōu)化工具從超材料中獲得所需的熱輻射特性，而不必通過繪制整個(gè)設(shè)計(jì)圖來盲目尋找最佳解決方案空間?！?/span>

熱輻射是指材料發(fā)出的光的類型。例如，人類發(fā)出紅外光，而發(fā)光的鐵水則發(fā)出可見光。通常，熱輻射取決于物體的溫度和成分。但是，超材料的超表面由于其獨(dú)特的亞波長(zhǎng)尺度結(jié)構(gòu)而與我們對(duì)熱發(fā)射的經(jīng)典理解有所不同。

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該研究成果的新尺度定律的影響在許多領(lǐng)域中將會(huì)看到，包括電氣工程、光電、材料科學(xué)和熱工程。超材料的應(yīng)用包括太陽能收集、光學(xué)濾鏡和熱偽裝。

沈教授說，“我們正在應(yīng)用這一新的尺度定律來設(shè)計(jì)新穎的基于超材料的熱紅外設(shè)備，用于包括紅外信號(hào)控制、紅外感應(yīng)、熱量管理和熱能轉(zhuǎn)換在內(nèi)的各種應(yīng)用?！?/span>

該論文的標(biāo)題為“等離子超表面的遠(yuǎn)場(chǎng)熱輻射的尺度定律”，于2020年3月發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

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