3月10日，意昂3平台電子工程系青年教師李越合作在《科學》（Science）期刊在線發表題為《近零介電常數媒質的光學摻雜》（“Photonic doping of epsilon-near-zero media”）的研究論文，在宏觀尺度下將單個介質材料摻雜於近零介電常數的光學媒質中，實現對該媒質電磁特性的調控👨🏽🚶‍♀️‍➡️。該研究揭示了經典微觀原子摻雜方法可以拓展到宏觀尺度，為人工電磁材料的製備🪵，以及可重構器件和系統的研究提供了一個新的實現方法👃🏿，在信號處理👨‍👦、通信及傳感等領域都有潛在應用價值。

宏觀摻雜示意圖👨‍👧‍👧。

  摻雜是微電子科學中重要的材料製備技術🕙，對半導體工業的發展有重要意義。通常，對於摻雜理論的研究集中在微觀尺度❄️，通過在目標材料中摻入少量其他原子，實現目標材料宏觀特性的控製🤹🏻‍♀️，如介電常數🕴🏼、磁導率、電導率等。在本研究中，李越與合作者發現並驗證了經典的微觀摻雜理論在宏觀尺度下的實現條件、方法及特性🎳🫸🏼，即在近零介電常數媒質中，摻雜一個或幾個宏觀尺度的“雜質”對整體零介電常數媒質電磁特性的調控，製備“均勻”的具有某種特殊特性的人工電磁材料，例如理想磁導體🍾、近零折射系數材料等。與現有人工電磁材料采用復雜周期結構相比，宏觀摻雜方法是在單一非周期材料中實現👩🏿‍🎓，具有結構簡單和方便調節的優勢。同時⏺🏺，該論文解釋了若幹“反常”的摻雜特性🏌🏽‍♀️，例如目標材料的宏觀摻雜特性與材料形狀無關，與雜質的摻雜位置無關等🦋，並通過微波波導平臺進行試驗驗證。 

基於微波波導平臺的宏觀摻雜實驗☃️：（a）測試平臺、（b）對比仿真、（c）測試數據。

  近零介電常數媒質（epsilon-near-zero media）是一種具有特殊電磁特性的材料。在該材料中，電磁波的工作波長（空間相關量）與工作頻率（時間相關量）無關，即任意頻率的電磁波均具有近似無窮大的波長與相速度。基於該理論，任意大尺度的近零介電常數媒質可以等效為經典時空中一個無窮小點☎️，物質的微觀特性可以拓展到宏觀尺度。

  作為論文的共同第一作者，李越完成了宏觀摻雜基礎概念的理論分析、仿真驗證及實驗測試數據分析。近年來🦂，李越的主要研究方向是電磁場理論、天線及人工電磁材料，致力於新型微波材料與器件的研究工作。美國賓夕法尼亞大學電氣與系統工程系納德·恩赫塔（Nader Engheta）教授為本文通信作者，其他共同第一作者包括美國賓夕法尼亞大學電氣與系統工程系伊涅格·裏博洛（Inigo Liberal）博士和美國大學開羅分校的阿莫·莫哈默德（Ahmed M. Mahmoud）博士，其他作者包括美國賓夕法尼亞大學電氣與系統工程系布萊恩·愛德華茲（Brian Edwards）博士。本研究得到國家自然科學基金（61301001）資助🙆‍♂️💘。

論文鏈接：

http://science.sciencemag.org/content/355/6329/1058

來源：清華新聞網