、孙竞博副教授，以及北京航空航天大学白明教授联合开发了具有高均一性的零折射率超资料。该超资料根据高介电常数陶瓷SrTiO?，经过在BaTiO?布景基质中摆放由SrTiO?圆柱组成的方阵，完成了单元周期缩小至自由空间波长十分之一的零折射超资料，初次满意了严厉的均匀有用媒质条件。

  使用这种超资料外表近场中的高度均匀同相辐射，团队开发了一种高方向性天线，当辐射口面从半波长增大到远大于波长时，都能趋近天线方向性的理论极限。该天线在无线通信、遥感和全球卫星定位系统中具有广泛使用。此外，该高均一性零折射率超资料还具有许多潜在使用，包含超紧凑零折射率波导和微腔、超薄自由空间零折射率隐身大氅、高功能超导量子核算等。

  零折射率超资料是一种人工复合资料，经过微观结构规划完成天然界中难以获得的零折射率特性。零折射率超资料能够在简直任何频率下供给相位均匀散布的电磁场，即电磁波的相位在资猜中不随方位改变（图1a），因此在许多特别场景具有潜在使用，例如自由空间隐身大氅、具有恣意形状的高透射率波导、大口径单模光子晶面子发射激光器等等（图1b）。而为完成零折射率，最具可行性的计划之一便是根据三重简并狄拉克锥的光子晶体超资料（Dirac-cone based zero-index metamaterial）,在完成等效零折射率的一起，还坚持有限的阻抗，让电磁波能在惯例媒质和零折射率资料间传达，即阻抗匹配（图2b）。

  根据光子晶体的零折射率超资料一般经过其电单极子模和磁偶极子模在零动量点的简并完成阻抗匹配的零折射率。抱负情况下，超资料的电单极子模和磁偶极子模所简并的自由空间波长，应远大于超资料阵列的周期，然后让电磁波感触不到单个周期（人工原子/分子）的存在，而感触到由许多周期所出现的等效折射率效应，完成与由原子/分子组成的天然资料附近的折射率效应。但是，因为零折射率超资料的填充资料和布景资料的介电常数有限（一般低于14），导致其电单极子模和磁偶极子模的简并波长较短，所以周期一般是自由空间波长的三分之一。在另一方面，至少需求5×5个周期，超资料阵列才干出现出等效零折射率特性（图2b,d）。归纳这两方面，超资料的最小标准被约束在1.5?×1.5?（?为自由空间波长）。该较大标准约束了许多零折射率超资料器材的功能，例如零折射率波导的紧凑性、用于非线性光学的零折射率波导的模斑面积、光子晶体激光器的最小单模面积、以及根据零折射率资料的隐身大氅的最小厚度等。

  针对以上问题，研讨团队合成了具有高介电常数的陶瓷SrTiO?和BaTiO?，别离作为零折射率超资料的填充资料和布景资料，然后有用地增大了电单极子模和磁偶极子模的简并波长。该零折射率超资料的周期仅为0.1倍波长，为首个满意严厉均匀有用媒质条件的零折射率超资料（图3a,b），其横截面内的电场散布与抱负零折射率媒质十分挨近（图2c,e）。并且，其外表电场相位散布的理论仿真与试验丈量成果都出现出简直完美的均匀散布（图3c，d）。

  充分使用该零折射率超资料的高均一性，研讨团队规划了一种根据零折射率超资料的高方向性天线，其口面标准可从亚波长标准改变到数个波长不等。如图4a所示，该天线由嵌入金属矩形波导中的零折射率超资料组成，上外表开口作为辐射口面。结合阻抗匹配规划，研讨团队仿线个零折射率超资料天线的方向性并加工了其间的3个，这些天线.5?×1.5?不等（?为自由空间波长）。为了证明零折射率超资料天线的功能，研讨团队将其方向性与作业原理类似的介质天线c所示：零折射率超资料天线的方向性跟着口面的增大而提高，且当口面大于0.8?×0.8?时，零折射率超资料天线总能挨近天线方向性的理论极限，逾越了绝大部分介质天线的方向性！

  该零折射率超资料天线在无线通信、遥感和全球卫星定位系统中具有广泛的使用。在天线之外，高均一性的零折射率超资料对陶瓷、零折射率波导与微腔、自由空间波前操作、微波量子光学等范畴具有深远的含义。（来历：我国光学微信大众号）