超材料是具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料，它们在超快光调制、负折射率、倏逝波传播、反常多普勒效应、亚波长成像、隐身、全光通讯、手性识别、光子晶体等领域具有重大应用价值。

    近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所高俊华副研究员和曹鸿涛研究员团队提出了金属陶瓷超材料薄膜制备新方法。相关制备技术申请了国家发明专利，学术成果以“Template-free growth of well-ordered silver nano forest/ceramic metamaterial films with tunable optical responses”为题发表在《先进材料》（Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201605324） 上。

    1纳米线阵列

    该方法采用传统的射频共溅射沉积工艺，辅以衬底偏压，制备了定向排布Ag金属纳米线/氧化铝陶瓷复合超材料薄膜，纳米线间距（轴心到轴心）进入sub-5 nm区间， 阵列中纳米线平均直径约为3 nm；纳米线长径比可根据沉积时间来灵活调整；

    Figure 1. Cross-sectional TEM images for the single-layer Ag nanowire array embedded in alumina （a） and in silica matrix （b），Cross-sectional TEM images for silver nanoweires embedded in the ceramic matrix （c）。

    2多层纳米线结构

    Figure 2. The cross-section TEM image （d）， the corresponding HRTEM images （e,f） and the schematic diagram of the doule-layer sample DL-2.

    利用PVD镀膜良好的扩展性，不仅能实现大面积超材料薄膜的制备，还能方便地以“盖楼”的方式构筑多层超材料薄膜结构，其中不同层之间可以具有相同的几何结构特性，亦可以“个性化定制”各个层的结构特性；此外，由于是在近似室温下制备，故无需单晶或者导电衬底，甚至可以在PET等柔性衬底上制备，为柔性超材料这一新兴概念提供了实物支撑。

    3光学瞬态性能

    研究人员从经典热力学、界面结合力、施加衬底偏压后的沉积区域的溅射粒子动力学分析，辅以对比实验和高分辨微结构观察，澄清了Ag金属纳米线/氧化铝陶瓷复合超材料薄膜直接生长的物理化学机制。上述结构各向异性超材料展现出了奇异的瞬态光学性能。该材料在可见光区展现出超快的非线性光学特性，等离激元漂白过程弛豫时间在1.5 皮秒左右。

    Figure 3. schematic illustrations showing the sputtering configuration of the apparatus （left side） and the formation mechanism of Ag nanowire array metamaterial （right side）。

    《Template-free growth of well-ordered silver nano forest/ceramic metamaterial films with tunable optical responses》文章摘要：

    Currently, the limitations of conventional methods for fabricating metamaterials composed of well-aligned nanoscale inclusions either lack the necessary freedom to tune the structural geometry or are difficult for large-area synthesis. In this Communication, the authors propose a fabrication route to create well-ordered silver nano forest/ceramic composite single-layer or multi-layer vertically stacked structures, as a distinctive approach to make large-area nanoscale meta-materials. To take advantage of direct growth, the authors fabricate single-layer nanocomposite films with a well-defined sub-5 nm interwire gap and an average nanowire diameter of ≈3 nm.

    该研究在生长机理和第一性原理计算方面与宁波材料所黄峰研究员、都时禹研究员有合作，在光学领域进跟哈尔滨工业大学物理系宋瑛林教授行了深度的跨单位合作。该项工作得到国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、浙江省重点实验室和宁波市科技创新团队等项目的资助。

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责任编辑：王元

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