我校王牧教授研究组最近在微结构材料研究中取得新进展,从实验上利用人工金属-介质结构实现了宽频无色散的人工波片,并首次给出了金属-介质结构实现无色散的一般性原理。该项研究工作2014年5月15日发表于PhysicalReviewX上。该论文的主要完成人是博士生蒋尚池，熊翔老师参与了样品实验和测试工作，彭茹雯教授对工作进行了指导，王牧教授是该论文的通讯作者。

基于亚波长人工金属微结构的超构材料可以实现很多自然界中不存在的物理性质。光学超构材料的奇特性质主要来自于金属亚波长微结构和光的强烈相互作用。当入射光的频率接近金属微结构的共振频率时，金属微结构表面的电流共振被激发起来，辐射出电磁波，从而对光的传播方向、振幅和偏振产生强烈影响。由于亚波长金属微结构是通过表面电流共振来实现对光的调控的，因此超构材料通常只能工作在很窄的频段。解决这个问题的传统方法是将共振频率不同的多个结构集成在一个单元中，以实现拓展材料带宽的目的。但是在这种设计中，由于不同结构响应存在非线性叠加，因而使得材料的设计和制备都非常复杂。

最近王牧教授研究组提出并实验上实现了金属-介质复合微结构实现宽频无色散的方法。与金属亚波长微结构的强烈色散不同，介质材料的光学性质在很宽的频率范围内变化很小。介质材料可以制备宽频器件，但是其空间厚度通常很大。该研究组巧妙地通过在金属微结构材料中引入介质层，综合了两种材料的优点，在亚波长的尺度下实现了对光偏振态的宽频带控制。他们将金属微结构设计在金属镜面上方，这样金属镜面对光的反射相当于形成了一个金属结构的镜像。金属结构和它镜像的辐射存在共轭关系，而金属结构与其镜像的距离是由介质层的厚度决定的。所以通过调节介质层的厚度，可以利用共轭关系来抵消金属的色散，从而实现宽频无色散的性质。他们通过这种方法设计并制备出了带宽为30%的四分之一波片和带宽高达67%的半波片，该带宽超过了目前已报导的其它由超构材料构成的波片。

PhysicalReviewX是美国物理学会出版的网络刊物，每年只刊登100篇左右经过高度选择(highlyselective)和匿名评审的特别原创（exceptionaloriginal)的文章（http//journals.aps.org/prx/about),其内容的覆盖面包括纯粹物理、应用物理和交叉学科物理。该刊物2012年的IF因子是6.71。

该项研究受到科技部973和量子调控项目、国家自然科学基金委和江苏省自然科学基金的资助。（物理学院蒋尚池、郝西萍）