超材料前沿研究”一周精选 2019年6月3日-6月15日- 大数跨境

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超材料前沿研究”一周精选 2019年6月3日-6月15日

两江科技评论

2019-06-16

导读：今天我们继续为大家带来近期的超材料前沿研究精选，内容涉及设及用于超快纳米光子学的自组织非线性光栅、用x射线对微管进行相干衍射成像、基于远场超振荡效应的超构材料超透镜、高应力单模声波导中机械波的传播和成

今天我们继续为大家带来近期的超材料前沿研究精选，内容涉及设及用于超快纳米光子学的自组织非线性光栅、用x射线对微管进行相干衍射成像、基于远场超振荡效应的超构材料超透镜、高应力单模声波导中机械波的传播和成像等敬请关注！

索引

1、用于超快纳米光子学的

自组织非线性光栅

2、用x射线对微管进行相干衍射成像

3、自生成多尺度微结构助力实现

透明可穿戴的三维触觉传感器

4、基于磷化镓的超快（<30fs）全光开关

5、紧凑型编码超构表面的声学劈裂和弯曲

6、高应力单模声波导中

机械波的传播和成像

7、用于无透镜近场光学纳米检测的

高效纳米聚焦

8、可见光波段具有42.3%透射率的

等离子体超表面

9、喷墨打印量子点荧光防伪标签：

具有人工智能身份认证功能

10、超快光学清除方法助力细胞三维成像

11、实验上实现双各向异性的声学光栅

12、基于远场超振荡效应的超构材料超透镜

1、用于超快纳米光子学的自组织非线性光栅

光与物质的相互作用产生的非线性效应可以改变光子的频率，并作为激光科学、通讯、量子计算和其他交叉学科技术的基本工具。随着这些应用的日益广泛，需要一种体积小、适应性强、易于制造、成本低、效率高的非线性光学平台。使低能量飞秒脉冲能够高效率地从一个波长转换到另一个波长。要获得高的转换效率，需要匹配非线性相互作用中使用的各个波长光的相速度。在某些情况下，具有双折射特性的材料可以提供这种相位速度匹配的机制，但在许多情况下，准相位匹配(QPM)是首选。QPM通常包括在微米尺度上周期性地改变材料非线性的方向。而具备这种功能的小尺寸器件很难制造，因此QPM只适用于某些材料。当飞秒脉冲用于非线性光学时，获得最佳性能变得越来越具有挑战性，因为除了相速度匹配外，还必须保持群速度匹配。同时满足这两个条件是很困难的，如果不能同时满足这两个条件，就会导致超短脉冲的转换效率有限或时间展宽。为了避免直接制造QPM材料的困难，可以利用激光产生自组织非线性光栅，为非线性过程提供QPM。

近日，美国国家标准与技术研究所Daniel D. Hickstein等人证明飞秒激光脉冲可以在纳米光子波导中产生自组织非线性光栅，从而为二次谐波的产生提供了一种准相位匹配和群速度匹配的非线性光学器件。研究人员创新性的使用非线性显微镜来表征自组织非线性光栅并且证明这些波导能同时使激光光频梳的χ⁽²⁾和χ⁽³⁾过程变得稳定。此外，他们推导了飞秒脉冲自组织光栅形成的控制方程，揭示了群速度匹配的关键作用。最后，用一个单波导自参考激光频率梳来证明这种纳米光子波导的实用性。在未来，具有自组织光栅的纳米光子学的应用为可伸缩、可重构的非线性光子学器件的开发铺平的道路。相关研究工作近期发表在《Nature Photonics》上。

文章链接：Daniel D. Hickstein , David R. Carlson , et al. Self-organized nonlinear gratings for ultrafast nanophotonics. Nature Photonics (2019).

https://doi.org/10.1038/s41566-019-0449-8.

2、用x射线对微管进行相干衍射成像

x射线晶体学通过为活细胞的各种成分提供原子水平的信息，彻底改变了生物科学，从太阳能的获取到蛋白质的合成，使人们对复杂的生物现象有了详细的了解。然而，x射线晶体学的主要局限性在于该方法只能用于研究形成有序晶体的生物样品。虽然对于许多生物靶材，这种限制在实践中并不是很有限，但对于几乎所有种类的生物细丝，晶体的衍射质量都很难提高。尽管单粒子冷冻电子显微镜的研究取得了令人瞩目的进展，但该方法使用的是速冻样品，因此该技术仅限于研究冷冻到低温下的静态结构。能够在室温下收集数据的x射线方法具有研究微管生长和收缩动力学的潜力，并且可能对高分辨率的冷冻电子显微镜起到补偿作用。x射线自由电子激光器(XFELs)为研究生物细丝提供了新的可能性。

近日，瑞典哥德堡大学Richard Neutze等人报道了一种新的成像方法:螺旋对称生物组装的XFEL成像。研究人员使用液体微射流从注入XFEL光束的微管样品中收集x射线散射图像，再将这些图像分类，将这些数据合并为衍射图案延伸到2 nm分辨率，并将这些数据重建成微管的投影图像。在该重建中，诸如4nm微管蛋白单体的细节变得可见，这些结果说明了单分子x射线在室温下对具有螺旋对称结构生物体成像的巨大潜力。相关研究成果发表在《Nature Communications》上。

文章链接：Gisela Brändén, Greger Hammarin et al. Coherent diffractive imaging of microtubules using an X-ray laser. Nature Communications.(2019)10:2589. https://doi.org/10.1038/s41467-019-10448-x.

3、自生成多尺度微结构助力实现透明可穿戴的三维触觉传感器

三维触控，又称力触控，是一种新型的触控技术，压敏触控板可以同时测量压力和位置(3D)信息，为人意识的传达提供直观、自然的方法，具有较高的可控性和交互性。其具有功能多样性且与很多领域具有突出的交互性，在市场上越来越受到用户的重视，并可通过应用可选触摸动作来访问附加功能。通常，空间和压力信息是通过简单地结合两个独立的传感器组件来测量的：一个力传感器和一个触摸屏。苹果公司(Apple Inc)于2014年首次发布了力触控技术，将力传感器置于刚性玻璃触摸屏的四角下。此外，一些研究人员还开发了各种透明压力传感器，并将这些传感器与商业触摸屏模块集成在一起。然而，这种简单的组合方式有明显的局限性;如果将力传感器设置在面板底部，则会影响感知能力，如果将力传感器放置在面板上方，则会降低透明度。如上所述，通常需要不同传感器的简单组合来区分位置和压力信号;因此，将两种功能合并到一个设备中是非常具有挑战性的，并且会产生各种实际问题。

近日，韩国首尔国立大学Seung Hwan Ko等人设计了一种透明灵活的三维触觉传感器，它能够在一个由微图案的纳米银颗粒和均匀涂覆的金属纳米线组成的单一设备中测定三维信息。采用快速数字激光诱导热梯度工艺，无需传统的光刻或真空沉积，在高温、真空环境或任何后处理条件下，就能制备出独特的自生多尺度银微结构图案。同时利用激光诱导的热梯度成功地设计了自生成多波浪结构，并确定了结构与传感性能之间的精确关系；因此，在所需的压力范围内获得了广泛的传感能力。此外，他们利用六线传感机制，在一个单一的器件中成功地检测到空间三维信息，并在各种应用中得到了验证。实验中以压力为第三坐标，用单点三维触控系统绘制复杂的三维结构，通过严格的理论分析，在无线和可穿戴环境下，成功采集到了三维数据采集，实验结果达到了预期的压力性能，为未来的可穿戴设备铺平了道路。这款3D touch将对未来可穿戴设备的实现产生重大影响，为人机交互带来了广阔的新视野。相关研究近日发表在《Nature Communications》上。

文章链接：Kyun Kyu Kim, InHo Ha, Philip Won,et al. Transparent wearable three-dimensional touch by self-generated multiscale structure.Nature Communications (2019) 10:2582.

https://doi.org/10.1038/s41467-019-10736-6.

4、基于磷化镓的超快（<30fs）全光开关

近几十年来，集成光子学经历了巨大的发展，从远程和短程数据传输到数据信号的生成、调制和检测，其在电信和计算等领域的应用不断扩大。然而，挑战仍然存在，比如信息处理过程中需要高速全光开关：首先提高集成光子学的调制速度，然后将工作波长扩展到可见和中红外区域。此外，太赫兹切换时间需要使用超短脉冲，因此需要了解超短脉冲的宽带特性如何影响全光信号调制方法。磷化镓（GaP）是一种重要的光子材料，长期以来一直被用作绿色发光二极管中的活性材料。GaP是间接带隙（2.26 eV）半导体，在可见光和近红外区域具有高折射率（n> 3）和高三阶非线性，并且在450 nm~ 11μm波长范围内是透明的。此外，GaP作为一种非中心对称晶体，具有较大的二阶非线性和非零压电系数，非常适合未来在可见光、近红外、电信和中红外波段的集成光子学应用。

在这项工作中，伦敦帝国理工学院、布宜诺斯艾利斯大学和澳大利亚新南威尔士大学研究人员合作，开发了在600~1000nm波长范围内的GaP薄膜的超快全光开关，其特征切换时间低于30 fs，传输调制高达~70％。用z扫描方法测量的非线性模拟结果表明，传输调制是由光克尔效应和双光子吸收引起的。同时，他们采用非线性泵浦探针模拟证实了该实验结果。由于没有线性吸收，因此没有检测到较慢的自由载流子贡献。GaP作为一种非常有前景的超快材料，用于全光学开关，调制速度高达20 THz，将成为全光计算和超快调制器的理想材料。相关工作于近日发表在《Science Advances》期刊上。

文章链接：Ultrafast sub−30-fs all-optical switching based on gallium phosphide，Gustavo Grinblat, Michael P. Nielsen, Paul Dichtl, Yi Li, Rupert F. Oulton and Stefan A. Maier.Sci Adv 5 (6), eaaw3262（DOI: 10.1126/sciadv.aaw3262）

5、紧凑型编码超构表面的声学劈裂和弯曲

在物理与工程领域，人们总是希望可以通过人工结构的设计来对波进行高效率的调控，其中将结构尺寸保持在深度亚波长是一个引人的目标，同时，也是一个巨大的挑战。超构表面，顾名思义是一种较薄的二维结构，在2011年被首次引入到电磁波领域，随之很快便被拓展到了声学领域，这种新兴的人工结构因其结构厚度小，独特的结构功能设计等优点来实现声波的控制铺平了道路，例如异常折射，异常反射，反对称透射，全息渲染，完美吸收体等潜在应用。传统的超构表面遵守广义的反射，折射定律，这确保了我们可以设计它的反射场，透射场。

与传统超构表面不同，编码型超构表面只有两种（或者有限个）单元周期性结合为逻辑单元，相变为0和π分别代表逻辑比特为0和1，近日，来自同济大学的李勇课题组提出了一种有效的编码超构表面，可以对声波有效调控，与传统超构表面通常为复杂的人工结构不同，他们设计的编码结构紧凑，仅具有两种结构单元：角状螺旋形结构和空气，两种角状结构代表为逻辑“1”和“1/2”，通过与空气的相位差异π和π/2来定义，空气代表逻辑“0”.声学上的劈裂通过调控逻辑单元1和0，调控单元1/2和0可以实现声学弯曲，实验验证这些声场操作具有宽带特性，其结果与分析预测和模拟一致。由于宽带功能和紧凑的尺寸的优点，这种超构表面可能有助于设计具有某种所需方式来调控声波传播的设备。相关文章发表在杂志《Physical Review Applied》上。

https://journals.aps.org/prapplied/pdf/10.1103/PhysRevApplied.11.064033

6、高应力单模声波导中机械波的传播和成像

纳米机电系统、光力学和量子计算的进步推动了声学电路领域的复兴，声场的激励是在芯片架构上实现生成，路由，交互，接口声波的前提，虽然单个微型机械设备早已用于包括信号处理，频率控制，传感器在内的应用，但是复杂的声学电路设计仍然是一个巨大的挑战，复式声学电路可以实现低功耗下的有效声学信息处理，在辐射恶劣环境下的鲁棒性。最近有不少工作展示了声学电路在量子技术，混合光力学系统，拓扑型超构材料等方面的应用。在电磁波导中，一个核心的注意点就是如果波导在某个频率范围内只能单个模式传输的话，就能更容易实现低损耗的信号的稳定性传输，这在基模为的电磁波传输的矩形微波波导，单模光纤等用于互联网长距离信号传输的设备中可以显然这类应用。

最近，有学者提出一种通过耦合光力学谐振器的单模光子波导，波导由光子晶体的纳米硅基束光构成，这样可以约束光束的能量来调节模式结构来构造一个单模式的频率范围。将这种物理理念迁移到声学领域，可以设计一种低损耗单模声学波导，近日，来自澳大利亚的昆士兰大学的N.P. Mauranyapin课题组演示了一种可以实现机械波稳定性传输的单模式声学波导，波导由一种高应力硅氮化薄膜构成，支持面外模式的传播，与矩形微波波导直接类比存在一个只允许基模传播的频率波段，研究者利用光学异位振动测量对模式轮廓进行成像与理论良好一致。在单模频带中显示大约 5 MHz的机械波低损耗传播(约 1 dB/cm)。此设计非常适合用于信号处理、传感或量子技术的声学电路互连元件,如非线性共振器或光力学设备。相关文章发表在《Physical Review Applied》上。

https://journals.aps.org/prapplied/pdf/10.1103/PhysRevApplied.11.064035

7、用于无透镜近场光学纳米检测的高效纳米聚焦

纳米光子学扩展到量子体系需要将光子注入纳米尺度并从中提取具有高空间和光谱精度以及低损耗的光子，这不仅在空间分辨率方面推动了现有光学表征工具的极限，而且提升了光学表征的带宽和效率。在纳米尺度上破解光物质相互作用的需求导致了近场扫描光学显微镜（NSOM）的发明和发展，其通过在近场中产生纳米热点来破坏衍射极限。然而，尽管有许多新型NSOM探针设计（例如尖端集成蝴蝶结天线/孔径或尖端处的同心圆光栅）以提高探头性能，但远场传播波（k）之间的波数k存在较大的不匹配。对于可见波长（≈105cm-1），近场中高度局限的局域表面等离子体模式（LSP，k> 107 cm-1）也对实现具有高外部效率的宽带纳米聚焦构成阻碍。此外，越来越复杂的探头制造，复杂的仪器设计和灵敏的光学校准也限制了NSOM的实际相关性及其与其他研究平台（如超高真空低温系统和电子显微镜）集成的灵活性。

解决远场和近场之间的巨大动量间隙问题的一种有效的方法被称为“绝热纳米聚焦”，其本质是在锥形波导中激发表面等离子体激元（SPP），允许SPP在向纳米尺寸尖端传播时逐渐且平滑地增加其波数，以实现尖端顶点处的局部场的有效和宽带增强。这个概念已经在锥形金属 - 绝缘体金属（MIM）间隙波导和锥形金属波导中实现。前者可以高效率地压缩线性偏振入射光，但其实验分辨率受到制造水平的限制。后者，例如锥形金属尖端和金属涂层光纤，利用光栅耦合器或端射方法激发径向极化SPP模式（TM0），其可以绝热压缩到尖端顶点。然而，其外部纳米聚焦效率目前限于较低的范围。实际上，提高SPP激发效率的最有效方法是棱镜耦合方法，该方法利用相位匹配条件下的谐振模式耦合来实现有效的能量转移。然而，尽管相位匹配概念纳入在纳米聚焦NSOM探针设计中一直被寄予厚望，但实验结果相当差。

近日，来自加州大学河滨分校的研究团队报告了一种两步顺序宽带纳米聚焦技术，在光纤耦合纳米线扫描探针的几乎所有可见光范围内具有约50％的外部纳米聚焦效率，该探针能够进行光传输和光谱收集，具有纳米级空间分辨率。通过将其与基本的便携式扫描隧道显微镜相结合，该团队展示了无透镜尖端增强拉曼光谱，并实现了1 nm的空间分辨率。这种基于光纤的纳米聚焦技术提供的高性能和广泛的多功能性使得纳米光学显微镜易于结合到各种现有的测量平台中。

文章链接：S. Kim, N. Yu, X. Ma, Y. Zhu, Q. Liu, M. Liu, and R. Yan, Nature Photonics (2019).

8、可见光波段具有42.3%透射率的等离子体超表面

等离子体超表面（PM）是由金属纳米天线构成的二维阵列，具有亚波长的厚度和间距以及空间变化的相位响应。 PM具有超薄，轻巧，易于集成的二维光学接口，有望取代传统的大型光学元件，例如光束偏转器、透镜、波片、涡流发生器和全息等，从而推动了光学范式的转变。此外，PM具有几十纳米量级的超薄厚度，易于制造，支持超出衍射极限的场限制，并且有可能在几个飞秒的时间尺度上完成响应。此外，在过去的二十年中，等离子体激元领域已经取得了重大进展，并实现了广泛的实际应用。将PM的概念应用于这些等离子体装置和系统可以进一步增强其功能和性能，特别是在等离子体具有独特优势的应用中，例如超透镜、量子等离子体、非线性光学器件、光伏器件、纳米光刻、传感、生命科学和医疗应用等。然而，由于其有限的效率，在光学频率下以透射模式操作的等离子体激元超表面技术还不够完善。例如，在可见光和近红外频率下几何等离子体表面的效率≤10％。

近日，来自美国罗切斯特大学和中科院长春光机所的联合研究团队报导了一种基于多极干扰的透射型等离子体超表面，其偏振转换效率在744nm处达到42.3％，比现有技术提高了400％。由于同时接近两个正交极化的广义Kerker条件，破坏了散射对称性，从而增强了效率。此外，本研究中提出的超表面设计引入了天线与周围介质之间的气隙，将气场限制在间隙内，从而减轻了原子之间的串扰，并最大限度地减少了金属吸收。本研究所提出的超表面是宽带的，通用的，易于制造的，并且对制造误差具有高度容忍性。研究人员通过展示高效率的透射型光束偏转器和全息图，成功的证明了等离子体超表面的技术可靠性和优异性。

文章链接：J. Zhang, M. ElKabbash, R. Wei, S. C. Singh, B. Lam, and C. Guo, Light: Science & Applications 8, 53 (2019).

9、喷墨打印量子点荧光防伪标签：具有人工智能身份认证功能

伪造问题是一个全球性的问题，它会对个人、公司和整个社会的经济造成很大的损失。在过去的几十年里，假冒产品已经从日常消费品扩散到药品和高科技产品。尽管大多数产品都受到防伪技术的保护，但全球假冒产品的经济损失每年仍然在增加，据相关文献报道，预2015年由于伪造所造成的经济损失达到1.7万亿美元。其原因是目前使用的防伪技术依赖于喷墨打印的安全标签，该标签由于其单一的图案模式和可预测的、确定的解码机制，以至于伪造者很容易复制这些技术。尽管如此，喷墨打印技术本身在生产成本低、大规模生产、材料有效利用性、图案设计的灵活性、与各种油墨材料的良好兼容性以及配套基质等方面具有许多突出的优点。

近日，福州大学Hailong Hu等人设计了一种无损的，喷墨打印的，同时具有人工智能(AI)可解码功能的和不可克隆的荧光安全标签。利用II-VI半导体核壳结构量子点作为模型油墨，通过喷墨打印制备了由红、绿、蓝三种基色组成的各种二维图案的防伪标签。采用随机排列的PMMA纳米颗粒对印刷基板进行表面改性，这对于实现不可克隆的安全标签喷墨打印非常重要。墨滴三相接触线上的随机钉扎点是该防伪标签喷墨打印成败的关键。在溶剂蒸发过程中，三相接触线被固定在墨滴上的量子点周围，形成物理上不可复制的花朵状图案。通过利用RGB发射量子点，可以制作出全彩荧光防伪标签。打印出的防伪标签在环境中是不可见的，但在紫外线照射下可以用肉眼看到，这为初步验证提供了一种简便的方法。同时人工智能技术在该技术中的应用，可以在几秒钟内成功解码具有不同锐度、亮度、旋转度、放大倍数以及混合参数的隐蔽和不可克隆的图案。这项技术的应用范围从成熟的技术产业到新兴技术产业，包括医药、食品安全和纳米技术。与以往报道的类似技术相比，该技术在荧光和多色彩信息、多层次安全、认证便捷度以及图案的设计的灵活性、难易度等方面具有很大的优势。相关研究工作近期发表在《Nature Communications》上。

文章链接：Yang Liu, Fei Han, Fushan Li et al. Inkjet-printed unclonable quantum dot fluorescent

anti-counterfeiting labels with artificial intelligence authentication. Nature Communications (2019) 10:2409.

https://doi.org/10.1038/s41467-019-10406-7.

10、超快光学清除方法助力细胞三维成像

具有亚细胞分辨率的深层组织成像是生物科学中最需要的技术之一，因为它可以恢复细胞的形态，从而可以分析系统级信息。然而生物样品（如脑组织）的高散射特性，组织内部深层成像仍然是一个主要挑战。通常，采用机械组织切片法对整个样本进行成像，可能涉及样品变形，尤其是从每个切片的边缘丢失细节信息，通常需要相当长的时间和劳力。然而，目前出现的光学成像技术可以通过使用散射光在小鼠大脑中达到几毫米深的单细胞分辨率，也可以通过补偿光畸变在小鼠大脑中大约400μm深的位置重构接近衍射限制分辨率。然而，这些光学系统往往具有成像速度低、价格高等特点。

为了进行深层组织成像，目前已经开发了几种光学成像技术。例如，多光子显微镜的发明打破了成像深度到100微米的限制；多光子荧光激发与极高的收集效率相结合，使散射样品的成像深度增加到2毫米；将光吸收和声学探测结合起来光声成像，进一步将成像深度提高到几厘米。另外，减少组织的散射和吸收也可以显著增强深部组织结构的光学成像。

众所周知，组织中密布着许多类型的物质，包括折射率较高的散射粒子，即胶原、弹性纤维、细胞和细胞间隔，以及折射率较低的周围介质，即间质液和/或细胞质。这种结构使光以不同的速度和角度传播，因为每个组件具有不同的折射率。组织光学清除（TOC）方法是将组织浸入光学清除剂（OCA）中，减少组织的散射，使组织更透明。典型OCA通常具有较高的折射率，因此，OCA进入细胞外空间的穿透与散射体及其周围介质的折射率相匹配，从而导致光散射的减少。然而，现有的光清除方法存在时间消耗大、形态畸变大、协议复杂等缺点，严重制约了其使用效率。此外，在水凝胶包埋和溶剂清洗方法中，有毒试剂会引起严重的荧光猝灭，一般的膜染料由于去除脂质而不能被定向。此外，在清除过程后，组织可能变得脆弱，因此不方便将样本从培养箱转移到成像平台。

最近来自浙江大学医学院（Zhejiang University School of Medicine），浙江大学（Zhejiang University）的研究人员以“Ultrafast optical clearing method for three-dimensional imaging with cellular resolution”为题报告了一种超快的光学清洗方法（称为FOCM），它将水溶性极性溶剂的脱水效应和尿素的水合作用结合在一起，几乎不会导致组织变形，且荧光毒性小，操作方便。使用FOCM，可以在2分钟内澄清300微米厚的脑切片，而不会造成形态畸变。即使经过11天后，荧光仍能保持86%以上，而且试剂便宜，操作方便，使本方法具有广阔的应用前景。通过FOCM成功建立了详细的三维神经细胞模型，展现了神经元、星形细胞和血管之间的连接。除了脑切片外，该方法还可以应用于其他生物组织。

用FOCM进行超快组织清除过程。（a）样品（300-μm厚）在0 min、2 min时的透明度，以及用不同方法最终清除效果。（b）用focm清除前后，C57BL/6小鼠（9周大）的固定半球。（比例尺：5 mm）（c）不同清除方法的时间表和清除时间比较。

https://www.pnas.org/content/116/23/11480

DOI: 10.1073/pnas.1819583116

11、实验上实现双各向异性的声学光栅

调控声波的传输有助于在很多领域开发新的替代应用，例如透镜，噪声，高强度聚焦超声等应用，由于波函数的可逆性质，经典声波的传播在时间和空间上都表现出对称性，通过破缺这些对称性可以实现透射和反射上的非互易性传输。破缺反演对称性和时空反演对称性是实现非互易性传输的常用办法，在声学上，一种常用的方法是利用非线性材料改变入射波频率，使用声子晶体过滤掉不想要的频率来实现声波单向传输。

近日，来自美国亚特兰州的佐治亚理工学院的Chengzhi Shi在实验上实现了双各向异性的声学光栅，通过研究声学双向各向同性材料同时耦合压力和局部粒子速度场激发单和偶极子散射，导致不对称的空气声上的波传播和反射，系统地实现了压力场和速度场之间任意给定的双各向异性耦合，通过具有破缺的反演对称性的声光栅的非对称波传播来实现。

这种声学双向异性光栅是通过用有限元方法优化单池来设计的，以获得由双向各向异性引起的不对称波传播确定的所需散射波矢量。分析了光栅产生的倒易空间中的对称性和布洛赫（Bloch）波矢，与所需的散射波矢相匹配，制备的设计的结构用于各向异性特性的实验证明。测量结果与所需的不对称波的散射场匹配。这种实现非互易性传播的办法为以后声学系统反对称传播，诸如透镜，传感器，声单向滤波器的实现铺平了道路，相关文章发表在杂志《Physical Review Applied》上。

https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.11.061002

12、基于远场超振荡效应的超构材料超透镜

超分辨率光学成像开始于接触式摄影和扫描近场成像（SNOM），两者都记录了物体的倏逝场。虽然它们提供了前所未有的纳米级光学分辨率，但近场技术却有一个十分重要的限制：物体必须与纳米级接近近场探头（在SNOM中）或与光敏材料直接接触（在接触式摄影中）。这样排除了细胞内的成像使用传统的超分辨光学成像技术。已经提出了许多针对倏逝场的恢复和记录的其他技术，最值得注意的是Veselago-Pendry“超透镜”，其使用负折射率超构材料板来从图像平面中的物体恢复倏逝波。然而，这些技术的实施面临着重大的技术挑战。受激发射损耗（STED）和单分子定位方法（SMLM）的成功令人信服地证明，深亚波长成像是可能的，无需捕获物体的倏逝场。

近日，来自新加坡南洋理工大学的Guanghui Yuan展示了一种超构材料超透镜：离散亚波长超分子的平面阵列，其具有适合于空间变化的单独散射特性，以产生原则上任意形状和尺寸的子衍射超振荡焦点。具有先前无法实现的有效数值孔径（高达1.52）和小至0.33波长的焦点的超构材料自由空间透镜被证明。通过实验验证了使用这种透镜的超分辨率成像，破坏了传统的分辨率衍射极限，并且显示出接近焦点尺寸的分辨率。这种方法将使无远程无标记超分辨率非算法显微镜处于无害的强度水平，包括在细胞内部成像，纳米结构和硅芯片，而不用荧光材料浸渍它们，相关文章发表在杂志《Physical Review Applied》上。