一、什么是可控超材料？

超材料指具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)（如負(fù)折射、反多普勒效應(yīng)、負(fù)泊松比等）的人工復(fù)合材料或結(jié)構(gòu)，其性質(zhì)主要由人工設(shè)計(jì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征決定，即可以通過結(jié)構(gòu)單元的設(shè)計(jì)和排列方式，突破某些表觀自然規(guī)律的限制。這一概念最早是針對(duì)電磁波提出的，指具有負(fù)折射性質(zhì)的人工電磁復(fù)合結(jié)構(gòu)。

為了能夠隨時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)控其性能，研究者提出了可控超材料（也稱可調(diào)超材料）的概念。可控超材料通過施加外部信號(hào)（如電、磁、聲、光、熱、力等）改變超材料的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)其功能的動(dòng)態(tài)調(diào)控。可控超材料在通信、醫(yī)學(xué)檢測、航空航天、國防工程等領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景，并且為聲波和電磁波的寬頻調(diào)控提供了可行的手段，是近幾年超材料領(lǐng)域最活躍的研究課題。

二、最新研究進(jìn)展

近十年各國均投入很大的力量開發(fā)各類可控電磁超材料。其從調(diào)控機(jī)理上分有機(jī)械可重構(gòu)超材料、基于活性媒質(zhì)的混合結(jié)構(gòu)超材料、集總元件加載可控超材料等三類。

（1）機(jī)械可重構(gòu)超材料是最早提出的一類可控超材料，屬于結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)式，即通過改變超材料的幾何結(jié)構(gòu)，包括共振單元的形狀、大小、排布方式等實(shí)現(xiàn)材料調(diào)控。

（2）基于活性媒質(zhì)的混合結(jié)構(gòu)可控超材料是近幾年受到關(guān)注最多的可控超材料，屬于基體調(diào)節(jié)式，即將材料與半導(dǎo)體、液晶、相變化材料等具有可調(diào)光學(xué)性質(zhì)的活性媒質(zhì)相結(jié)合形成混合結(jié)構(gòu)，通過改變其電磁性質(zhì)實(shí)現(xiàn)超材料特性的動(dòng)態(tài)調(diào)控。

（3）集總元件加載可控超材料屬于加載調(diào)節(jié)式可控超材料。在超材料等效電路中引入控制開關(guān)，或?qū)⒓傇O(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)式，通過開關(guān)通斷或集總元件實(shí)時(shí)值的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制。

可控聲學(xué)超材料的調(diào)控機(jī)理也分為機(jī)械可重構(gòu)超材料、基于多場耦合媒質(zhì)的可控超材料、集總元件加載可控超材料等，調(diào)控方式有電調(diào)控、磁調(diào)控、熱調(diào)控、光調(diào)控、機(jī)械調(diào)控等。

（1）機(jī)械可重構(gòu)超材料通過改變單元結(jié)構(gòu)的幾何和排布方式實(shí)現(xiàn)對(duì)波動(dòng)特性的調(diào)節(jié)。

（2）基于多場耦合媒質(zhì)的可控超材料利用具有多物理場耦合性能的材料（如壓電材料、壓磁材料、磁電彈材料、電流變液、磁性流體、光致變形材料等），通過外加偏場（電、磁、光等）的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)聲學(xué)超材料的動(dòng)態(tài)調(diào)控。

（3）集總元件加載可控超材料。在集總元件中加入開關(guān)器件，通過控制開關(guān)通斷，可動(dòng)態(tài)改變單元的共振特性，實(shí)現(xiàn)波動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)控。

三、應(yīng)用前瞻

可控電磁超材料在信息存儲(chǔ)、電磁器件設(shè)計(jì)、光束控制、波前調(diào)控、全光信號(hào)處理等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，如用于設(shè)計(jì)可重構(gòu)天線、可控調(diào)制器、可控濾波器、可調(diào)偏振器、可調(diào)平面透鏡、可控完美吸收器、可調(diào)光隔離器、可調(diào)多色譜探測器、可調(diào)非線性自適應(yīng)光學(xué)元件等，同時(shí)在透波率可控智能蒙皮、可調(diào)隱身衣等方面也具有潛在的應(yīng)用。基于超材料的器件不僅可突破傳統(tǒng)器件的限制，而且具有超薄、質(zhì)輕、體積小的特點(diǎn)，便于小型化和集成化。

可控聲學(xué)超材料在聲波和彈性波的控制、聲學(xué)器件設(shè)計(jì)、隔振降噪、隱身等方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，如用于設(shè)計(jì)可控濾波器、分離器、耦合器、旋聲器、聲吸收器、可調(diào)聲二極管、可調(diào)聲學(xué)透鏡、可控隔震隔音裝置及聲隱身裝置等。