1934年，Wilhelm Woltersdorff在研究非磁性导电薄膜对电磁波的吸收时，提出了“电磁吸收率的理论极限为50%”，并成为了电磁吸收领域内的共识。近日，苏州大学罗杰研究员、南京大学彭茹雯教授、赖耘教授、王牧教授等人在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发表了一项重要成果，打破了上述的内禀50%吸收极限，揭示了横磁波在掠射（接近90度入射）下，任意薄非磁性导电薄膜薄膜在满足良导体条件时，具有
（约82.8%）的新理论吸收上限。此外，该工作也打破了“良导体必然导致近全反射”的传统认知（《电动力学》中通常认为电磁波在良导体上发生近全反射），并发现良导体表面存在低至约17.2%的反射极小值。这项成果不仅发现了非磁性导电薄膜电磁吸收率的新极限（约82.8%），更为高性能超薄吸波材料、极端角度光电探测器、宽带电磁隐身表面等设计提供了新的理论基础与实现路径，在雷达隐身、太赫兹技术、红外探测等领域具有广阔而重要的应用前景。
相关研究成果以“Breaking the Intrinsic Absorption Limit for Arbitrarily Thin Conductive Films at Grazing Incidence” 为题，在线发表于《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett. 136, 046902 (2026)），并被选为“编辑推荐”（Editors’ Suggestion）以及被Physics亮点评论（Featured in Physics）。在评审过程中该论文工作获得了三位审稿人的高度评价，其中一位审稿人称赞其为该领域“must-read”文章。苏州大学研究生刘宇轩与南京大学范仁浩副教授为该论文的共同第一作者，苏州大学罗杰研究员、南京大学彭茹雯教授、赖耘教授、王牧教授为该论文的通讯作者。
传统电磁与光学理论认为，在对称环境中，任意薄的均匀、非磁性导电薄膜的吸收率存在50%的电磁波吸收上限，这源于切向电场连续性的约束，这要求反射系数r与透射系数t满足约束条件：1 + r = t，该条件具有普适性，与频率和入射角无关，因此，通常认为任意薄非磁性导电薄膜的内禀吸收极限即为50%。
图1. 对称环境中超薄导电薄膜对横磁波的吸收分析图。（a）小角度下，受 1 + r ≈ t 条件约束，电磁吸收极限为50%；（b）掠射下，不再受 1 + r ≈ t 条件约束，可以突破传统的50%吸收极限，并实现约82.8%的新理论吸收极限。
该研究通过严格的解析推导与数值计算发现，当入射角趋近90°时，尽管薄膜上下界面上的切向电场仍保持近似连续，但其幅值因
而趋于零，这使得约束条件 1 + r = t 自然失效，从而为突破50%吸收极限提供了可能性。
图2. 自由空间中超薄导电薄膜对横磁波的电磁吸收分析。（a）模型示意图；（b）0.3 THz横磁波入射下下，不同电导率对应的 |1 + r - t| 随入射角变化曲线；（c, d）吸收率随入射角与电导率的变化图；（e）对应图（d）中标记点的吸收频谱。
研究表明，82.8%的吸收极限源于两种机制的协同作用：一是掠射横磁波在良导体表面存在反射极小值，即反射率在特定电导率与角度匹配条件下
达到最小值17.2%；二是掠入射下趋肤深度急剧减小并趋于零，使得薄膜在任意薄的条件下仍能完全抑制透射。进一步地，使用深亚波长厚度的掺杂硅片作为样品的太赫兹频段实验直接证实了该理论预言。
图3. 82.8%吸收极限的物理机制分析。（a）0.3 THz横磁波入射下，半无限大导体的反射率及归一化趋肤深度随入射角的变化；（b）对应图（a）中四个标记入射角下的电场振幅（彩色图）与电流密度（箭头）分布；（c）自由空间中导电薄膜的吸收率随薄膜厚度与电导率的变化；（d）固定薄膜厚度下，吸收率随入射角与电导率的变化。
图4. 太赫兹实验验证。（a）五种不同电导率的掺杂硅片；（b, c）吸收率随入射角变化的实验与仿真结果对比。
这项成果打破了“任意薄非磁性导电薄膜的50%电磁吸收理论极限”，首次揭示了“掠射下的约82.8%的新理论吸收上限”，以及“掠射横磁波在良导体表面存在低至约17.2%的反射极小值”，为高性能超薄吸波材料、大角度光电探测与宽带电磁隐身表面的设计开辟了全新路径，在雷达隐身、红外探测及二维材料光电器件等前沿领域展现出重要应用前景。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等资助。
论文信息:
https://doi.org/10.1103/71vr-lb26供稿：课题组
