超材料（英文：Metamaterial）, 拉丁語前綴詞根“meta-”表示“超出、另類”等含義。指的是一類具有特殊性質(zhì)的人造材料，這些材料是自然界沒有的。它們擁有一些特別的性質(zhì)，比如讓光、電磁波改變它們的通常性質(zhì)，而這樣的效果是傳統(tǒng)材料無法實現(xiàn)的。超材料的成分上沒有什么特別之處，它們的奇特性質(zhì)源于其精密的幾何結(jié)構以及尺寸大小。其中的微結(jié)構，大小尺度小于其作用波長，因此得以對波施加影響。對于超材料的初步研究是負折射率超材料。

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超材料的奇異性質(zhì)使它具有廣泛的應用前景，從高接收率天線，到雷達反射罩甚至是地震預警。超材料是一個跨學科的課題，囊括電子工程、凝聚態(tài)物理、微波、光電子學、經(jīng)典光學、材料科學、半導體科學以及納米科技等等。

經(jīng)過工程設計以具有自然界中未發(fā)現(xiàn)的特性的超材料，由于其獨特的功能和令人興奮的應用而長期得到科技研究人員的開發(fā)和研究。然而，直到現(xiàn)在，研究人員還不清楚其熱輻射特性背后的物理原理。

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在最近的《物理評論快報》上發(fā)表的一篇論文中，卡內(nèi)基·梅隆大學的科學家們，創(chuàng)建了一種超材料的新的尺度定律，以描述超表面和超材料的熱輻射。

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論文作者為中國學者、卡內(nèi)基·梅隆大學機械工程系副教授沈晟（Sheng Shen）和他的博士研究生李嘉雨（JIayu Li）和于波文（Bowen Yu）。

如下圖所示，新的尺度定律揭示了超材料的集體熱輻射行為背后的物理原理。

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李說，“有了這一新的尺度，揭示了超材料的集體熱輻射行為背后的基本物理原理，研究人員可以輕松地利用現(xiàn)有的設計和優(yōu)化工具從超材料中獲得所需的熱輻射特性，而不必通過繪制整個設計圖來盲目尋找最佳解決方案空間?！?/span>

熱輻射是指材料發(fā)出的光的類型。例如，人類發(fā)出紅外光，而發(fā)光的鐵水則發(fā)出可見光。通常，熱輻射取決于物體的溫度和成分。但是，超材料的超表面由于其獨特的亞波長尺度結(jié)構而與我們對熱發(fā)射的經(jīng)典理解有所不同。

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該研究成果的新尺度定律的影響在許多領域中將會看到，包括電氣工程、光電、材料科學和熱工程。超材料的應用包括太陽能收集、光學濾鏡和熱偽裝。

沈教授說，“我們正在應用這一新的尺度定律來設計新穎的基于超材料的熱紅外設備，用于包括紅外信號控制、紅外感應、熱量管理和熱能轉(zhuǎn)換在內(nèi)的各種應用。”

該論文的標題為“等離子超表面的遠場熱輻射的尺度定律”，于2020年3月發(fā)表在《物理評論快報》上。

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