数字超材料：超乎你的想象

　　●它打破自然纪律限制，物理特性超常 ●它基于数字编码，布局新奇，设计机动 ●它在隐身、疆场感知等方面应用前景辽阔

　　国防科技大学文理学院传授杨俊波为您报告——

　　数字超质料：超乎你的想象

　　本报记者 王握文 通讯员 毛元昊 朱晰然

　　在科幻影戏中，那些具有超强本事的人被称为“超人”；在现实糊口中，那些具有超强计较和处理惩罚本领的计较机被称为“超算”……

　　在八门五花的质料世界里，也有一种物理性质“超常”的非凡质料，叫做“超质料”。这种质料在自然界并不存在，是本世纪才呈现的一种具有非凡性质的人造质料。它通过对某种质料的再加工，并在其外貌或内部设计出非凡几许布局或分列方法，使其拥有天然质料所不具备的非凡性质。天然质料的性质是由其身分来抉择的，超质料的“超常”性质则源自其后天的布局。

　　跟着科技的进步，在超质料基本上还成长出数字超质料，可能叫数码编程设计的超质料。这是一种通过特定设计、冲破传统法则布局、拥有奇异光学及声学特性的超质料。有了它，科幻以致魔幻影戏中的“隐身斗篷”“超等透镜”等奇思妙想也将加快变为现实，人们的糊口将会因此而产生重大的改变。

　　“变态”疑问，催生新奇质料

　　原本自然界中不存在的超质料，是如何“无中生有”孕育出来的呢？

　　1968年，苏联理论物理学家菲斯拉格发明，光束由氛围中斜射进入水中，入射光与折射光位居法线两侧。于是，他突发奇想：是否尚有另一种介质，与上述现象相反，能让入射光与折射光位居法线同侧呢？

　　菲斯拉格的这个“变态”疑问，并非异想天开。从理论上讲，人们只需找到一种同时具有负介电常数和负磁导率质料，就能呈现这一“变态”物理现象。只是其时没有开展尝试验证，加之成果质料尚处于成长初期，菲斯拉格的这个斗胆的科学意料并未引起重视。

　　幸运的是，跟着人们对电磁理论的深入领略和微纳加工工艺的快速成长，一种在微纳标准上拥有周期布局的人造器件降生了。它不只在尝试上实现了负介电常数、负磁导率等一切理论预言，更是让人们深刻地领略到：通过在多种物理布局上的设计，人们可以打破自然纪律的限制，得到超常成果的“新物质”，即具有奇异成果的超质料。

　　超质料是质料设计思想上的一个超过式重大创新，被誉为本世纪前10年的10项重要科学希望之一，已成为掘客质料新成果、引领财富新偏向、打破稀缺资源瓶颈的有力手段。

　　创新永无尽头。超质料方兴未艾，数字超质料又应运而生。2014年，我国东南大学研究团队首先提出了数码、电磁可编程的数字超质料观念。与拥有周期排布布局的超质料差异，它由若干个单位凭据编码的方法排布，就比如给质料注入了活的“基因”，可由人们举办调控。而这些新型质料将会忠实地功用“指示”，实现所需的各类奇异成果。

　　超等“另类”，机能独树一帜

　　数字超质料的呈现，实际上是现代信息家产与前沿物理规模彼此团结的产品，它将“编码思维”融入了新型超质料的设计进程。在数字超质料中，差异的编码会带来差异的电磁响应，加之它又融入“质料基因”和“信息比特”的观念，数字超质料自然成了质料规模的超等“另类”，拥有了与众差异、独树一帜的性质和成果：

　　——布局新奇，颠覆认知。数字超质料布局超等“另类”，它既差异于天然质料依靠原子或分子布局来实现成果，又差异于传统超质料拥有法则的人工单位布局，而是完全回收数字编码的方法，凭借微纳加工技能注入的“质料基因”而拥有超常物理性质和“超本领”，其全新、奇异的布局完全颠覆了人们对物质组成的认知。今朝，科学家们已经研制出具备自我修复本领的仿生塑料、将热电转化为可用电力的热电质料等“黑科技”产物。

　　——逆向设计，按需定制。数字超质料回收数字编码的方法设计，拥有十分辽阔的设计自由度，可按照差异应用需求来实现“按需定制”。而基于“数字”的可编码特性，又能打破传统质料“正向求解”的设计要领，即按照各类约束条件，“从后向前”举办“逆向设计”，从而可有效办理传统设计中存在的限制和缺点。