“隐身衣、人造黑洞……”這些存在于科幻小說中的事物，如今在中國科學家的手中正一步步邁向現實。1月9日，從國家科學技術獎勵大會現場傳來佳音：beat365正版唯一2014年度科技成果再獲全面豐收，囊括五項國家科技獎。其中，教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授、beat365正版唯一毫米波國家重點實驗室副主任、beat365正版唯一崔鐵軍教授領銜的研究項目“新型人工電磁媒質對電磁波的調控研究”榮獲國家自然科學二等獎。該研究在國家自然科學基金重大項目等資助下，深入探究了人工媒質對電磁波的調控理論、結構設計、實驗驗證及實際應用，其核心是通過等效媒質理論，用人工的方法形成材料結構來控制電磁波，由此實現某些特定性能，為社會帶來前瞻性的應用，隐身功能、電磁黑洞等都在其中。 核心解讀：人工電磁媒質 在日常生活中，我們能夠看得見摸得着的自然界的材料，如桌椅、空氣等由分子和原子構成，它們的屬性是受限的，因其受限屬性，很多功能就無法實現，而崔鐵軍團隊緻力于通過提出一個等效媒質理論用人工的方法實現某種新的材料結構，形成一種新型的人工電磁媒質。崔鐵軍形象地解讀道，“舉個很簡單的例子，光在空氣這種均勻媒質中沿直線傳播，因此我們可以看見彼此。而如果我們構造一種人工媒質，光穿過這種媒質的時候可以沿曲線傳播，繞過你，那麼我就看不到你了，從而實現隐身效果。不僅是光，電磁波、紅外線等也是同樣道理。通過構造具有一定特性的人工媒質，我們就有可能實現各種新奇特性。”崔鐵軍的團隊正緻力于這樣的人工電磁媒質的理論與實踐的探究。在電磁領域通過定制這樣的人工電磁媒質的屬性，就可以打破自然界的受限性，而運用這樣的媒質控制電磁波，實現一些特定性能，就可以為我們的社會帶來極高的應用價值。 實現第一個三維“隐身衣” “隐身衣”是崔鐵軍團隊的重要科研成果之一，其準确名稱叫做“三維微波段地面隐身衣”。早在二十世紀六十年代，國際科學界就出現了對于一種神奇媒質的暢想，到了2000年左右，有科學家觀察到産生負折射率的媒質，2006年美國杜克大學構造出了隐身衣，但是頻段相對還比較窄。自2004年以來，崔鐵軍團隊一直在思考如何制造寬頻段、低損耗的新型人工電磁媒質，并圍繞這一瓶頸做了很多攻關工作，最終實現了寬帶低損耗的人工媒質。崔鐵軍研究組與美國杜克大學史密斯教授研究組合作，在“隐身衣”研究上實現了新的突破，研制出微波段地面目标的二維寬帶隐身衣。2009年1月15日Science（《科學》雜志）發表了他們的研究成果，這标志着“隐身衣”終于從理論成為了現實。2010年，崔鐵軍研究組和一個德國/英國研究組相互獨立地在世界上首次研制出三維隐身衣原型，并發表于2010年6月的NatureCommunications（《自然通訊》雜志）。至此，隐身衣出現在了三維的世界。相對于德國/英國的研究組僅适用于特定極化、以一定角度入射的三維光波段“地面隐身衣”，崔鐵軍團隊的三維隐身衣具有寬帶、低損耗、隐身效果好等優點，适用于不同極化、任意方向入射的電磁波，可以對地面目标在微波段進行全方向、寬頻帶的隐身。 研制突破傳統的新型掃描天線 物理學家R.K.Luneberg于1944年基于幾何學法提出了龍伯透鏡的概念，這是一種能夠将點源發射出的球面波轉換為平面波進行輻射，并通過改變點源在球形表面不同位置實現平面波束輻射掃描功能的透鏡。然而，傳統的三維龍伯透鏡的形狀都為球形，平面饋源或平面接收陣列很難與之兼容。崔鐵軍團隊突破傳統觀念，在國際上首次研制成了具有平坦聚焦面的三維變形龍伯透鏡，并通過一系列實驗證明了其頻帶寬、損耗小、增益高、副瓣低、雙極化、無相差、輻射角度大等優點，大大增強了掃描天線的探測性，其整體性能遠優于同口徑的傳統天線，具有重要的理論意義和工程價值。基于此，崔鐵軍項目組研制了高性能的新型掃描天線，并在多領域獲得了應用。 打造第一個人工電磁黑洞 黑洞是現代廣義相對論中，宇宙空間内存在的一種超高密度天體，由于類似熱力學上完全不反射光線的黑體，故名為黑洞。其實，基于引力場的真實黑洞很難用實驗來驗證，而崔鐵軍項目組應用電磁波在非均勻媒質中的傳播軌迹類比于物質在引力場下彎曲空間中的運動軌迹，揭示了真實黑洞的部分性質,實驗結果與理論分析、數值仿真相吻合。
隐身衣、龍伯透鏡、電磁黑洞等這一系列引人注目成果的背後，是一支專注前沿、潛心研究的精英團隊。團隊由崔鐵軍和他的學生們組成，共有七名教師，其中，除了崔鐵軍和程強博士，剩下五人都是“80後”（馬慧鋒、蔣衛祥、湯文軒、鮑迪、萬向）。崔鐵軍對這支年輕團隊的定位是“頂天立地”，所謂“頂天”，是要求團隊的研究應不斷創新，走在時代最前沿，與國際最前沿的研究接軌，而所謂“立地”，則要求團隊的研究成果能夠産生實際的應用意義，做就做接地氣的研究！
本文原載于《beat365正版唯一報》2015年3月10日 總第1275期 第5版 |
