近日，清华大学材料学院周济教授课题组在《物理评论快报》上公开发表为题“ArtificialNonlinearityGeneratedfromElectromagneticCouplingMeta-molecule”的研究成果。该成果基于经典电磁学理论，利用超构材料思想，明确提出了一种全新的人工光学非线性材料。
图为（a）非线性超强分子阵列结构示意图，（b）单个非线性超强分子结构示意图光学非线性是一种强光与物质相互作用产生的普遍性的物理效应，已在激光技术、光通讯和光信息技术等颠覆性技术领域充分发挥了至关重要的起到。然而，由于缺少叙述大自然非线性过程的明晰物理图像，非线性光学材料的探寻长年正处于定性或半定量阶段。构建一种可准确预测和精准设计的人工光学非线性材料，沦为一个极具挑战且富裕前景的课题。
图为谐振态下非线性超强分子的磁场产于该研究成果中明确提出的人工材料基于一个精妙设计的人工超构分子（metamolecule）内部电场和磁场的耦合，超越了材料物理环境的空间对称性，从而构建了人工设计的光学非线性。其非线性几乎源自人工超构分子，而需要大自然光学非线性材料参予，因此可以通过转变人工结构，对所产生的光学非线性展开准确的设计和调控。同时，该人工非线性理论的物理过程具体且明晰，可应用于十分长的电磁频谱。
涉及研究结果表明，通过必要的图形超构分子结构的几何尺寸，在微波到红外波段皆可以产生显著的光学非线性。这一全新的人工理论，使得光学非线性具备了前所未有的设计维度，将增进新一代光源及光信息技术的较慢发展，同时也将增进如非线性光学透镜和非线性全息等新技术的产生和发展。图为（a）非线性超强分子的入射电场时域序；（b）入射电场频域序。
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