撰稿 | 周倩葦

近日，Junsuk Rho、Cheng-Wei Qiu等人以 “Hyperbolic metamaterials: fusing artificial structures to natural 2D materials”為題在eLight發(fā)表綜述文章。

在過去的十年中，學者們對光與物質相互作用的研究和理解不斷加深，這使得開發(fā)能夠控制光的新技術也需要進一步發(fā)展。其中，光學超材料可以表現(xiàn)出天然材料所沒有的獨特光學特性。亞波長尺寸結構（稱為超原子）的正確設計和排列可用于有效控制和操縱光和物質相互作用。

圖1：等頻輪廓。a各向同性介質，b介質雙曲超材料 c金屬雙曲超材料。

在迄今為止實現(xiàn)的各種超材料中，雙曲超材料 (HMM) 由于其高度各向異性的特性而引起了極大的興趣，見圖1。HMM 的雙曲色散由有效介電常數(shù)張量決定，其中電場或磁場的主成分具有相反的特性。多層或納米線(NW) 結構的相對容易制造，這可以產(chǎn)生在光學頻率下具有三維 (3D) 體響應的 HMM。

此外，這種材料支持雙曲線色散，原則上可以允許無限大的無界動量，因此可以允許非常高的光限制。這種獨特的各向異性特性已應用于各種不同的應用，包括超分辨率成像、負折射和發(fā)射工程。

傳播損耗是散裝 HMM 的主要限制之一，由于摻入的等離子體材料不可避免的歐姆損耗，因此正在積極尋求減少損耗的方法。因此，二維（2D）雙曲超表面（HMS），呈現(xiàn)雙曲傳播以及大范圍的光限制在表面而不是本體內，所以對損耗不那么敏感。

此外，一些原始的 2D 材料和塊狀晶體可以呈現(xiàn)自然的雙曲線響應，無需結構化，可以為實現(xiàn) HMM 和 HMS 的有力替代候選者。目前對于雙曲超材料的文章存在空白，這篇文章將有效填補。

這篇綜述文章首先介紹實現(xiàn) HMM 的基本理論——雙曲色散、體 HMM 和平面 2D 雙曲材料等詳細信息。在基本討論之后，文章回顧了 HMMs 和 HMSs 的應用進展，包括最近報道的論文和新興領域，重點是高分辨率光學成像和納米級光刻、光傳播和操縱、自發(fā)輻射工程、傳感器和吸收器。然后，文章介紹了天然雙曲材料最近取得的巨大進展，這是進一步研究實現(xiàn)平面雙曲應用的關鍵。文章的最后部分強調當前的挑戰(zhàn)并提出對雙曲超材料未來研究的概述作為總結。

論文信息

Lee, D., So, S., Hu, G. et al. Hyperbolic metamaterials: fusing artificial structures to natural 2D materials. eLight 2, 1 (2022).

https://doi.org/10.1186/s43593-021-00008-6

Haoran Ren等人在Light: Science & Applications上撰寫News & Views，高度評價該篇工作。

https://doi.org/10.1038/s41377-021-00688-2

監(jiān)制 | 孫婷婷、郭宸孜、趙陽

編輯 | 趙唯

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