近日，国家电磁辐射控制材料工程技术研究中心邓龙江院士团队毕磊教授在Nature Electronics发表题为“A Self-biased nonreciprocal magnetic metasurface for bi-directional phase modulation”的研究论文。电子科技大学博士研究生杨伟豪为论文第一作者，邓龙江院士、毕磊教授和秦俊副研究员为共同通讯作者。电子科技大学为论文第一单位。

       电磁波传播通常遵循洛伦兹互易原理，即沿同一路径正向和反向传播时电磁特性相同。非互易器件能够打破互易性，使双向传播的电磁特性不同，是支撑电磁信息传输的基本元器件之一。但是，传统非互易器件只能实现强度（隔离）和传播方向（环行）的不同，限制了非互易器件的应用领域。非互易超表面可以实现相位、偏振等任意电磁参数的非互易传播，对电磁波传输提供新的调控能力，支撑非互易天线罩、全双工通信等技术发展，显著提升电磁信息的信噪比和传输带宽。然而，这样的超表面结构通常需要施加外部电场或磁场偏置，或依赖于非线性效应，难以应用于实际场景。

       本工作中，作者创新性地将具有强磁晶各向异性的六角铁氧体材料制备成亚波长谐振结构，解决了磁性非互易超表面需外加磁场偏置的难题；进一步，通过构建磁性Mie谐振结构单元，结合磁圆双折射原理，实现了对双向电磁波相位在0~2范围的独立调控，解决了磁性非互易超表面相位难调控的问题；最后，作者基于数值编码超表面设计方法，设计并制备了正反向传输具有不同相位梯度的非互易超表面，实验研制了无磁场偏置、无源、线性、相位调制的非互易超表面器件，证明了非互易单向透过、非互易光束偏转、非互易聚焦、非互易全息成像等能力，如图1所示。

       该工作将自偏置磁性材料与超表面相结合，突破了传统非互易器件的原理、结构和技术局限，为电磁信息传输提供了新自由度和新范式，可望应用于下一代5G/6G通信、天线罩、雷达等领域。

      该研究得到了国家重点研发计划、国家自然基金、四川省科技厅省院省校等项目的资助。

 文章链接：http://www.nature.com/articles/s41928-023-00936-w

作者介绍

      邓龙江：电磁功能材料专家。长期从事电磁辐射控制材料领域的基础理论、制备技术和工程应用研究。研制了一类磁各向异性纳米晶片状电磁波吸收剂，发明了多层结构多频谱电磁辐射控制材料的设计方法，在电磁辐射控制材料的“薄型化”和“超宽带”等方面取得重要进展并产业化，保障了重大工程任务的需求。以第一完成人获国家技术发明二等奖 1 项（2015年）、国家科技进步二等奖 2 项（2008、2018年），发表论文 200 余篇，授权发明专利100余件。2009年入选教育部长江学者，2010 年获国家杰出青年基金资助。

      毕磊：电子科技大学电子科学与工程学院教授，国家重点研发计划项目负责人。以第一或通讯作者在Nature Electronics, Nature Photonics, Nature Communications等期刊发表论文65篇，获授权中国发明专利16项，申请PCT专利2项。获国家级人才称号、自然科学基金委优青、国际光学工程学会研究优秀奖等荣誉。现任中国材料研究学会青年工作委员会理事，中国材料研究学会超材料分会理事。

      秦俊：电子科技大学电子科学与工程学院特聘副研究员。2019年于电子科技大学获得博士学位。在Nature Electronics, Nature Communications, ACS Nano等期刊发表论文30余篇，获授权中国发明专利6项；主持国家自然科学基金1项，参与国家重点项目2项；担任SCI期刊Optical Materials Express, Journal of Magnetism and Magnetic Materials评审。