研究在学科交叉点上开启材料“新世界”

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1、研究在学科交叉点上开启材料“新世界”　　材料世界是神奇的。从自然生成的煤到人类智慧杰作的电子元件,从廉价的木材到贵重的金属,每个高大上的宏伟工程,都有着看似细小微新型材料的支撑,为我们在绚烂生活中开启新世界的大门。　　而清华大学材料学院教授周济，则是这样一位手握新世界钥匙的魔法师，他30余年沉醉于探索新材料的世界里，化平庸为神奇，将外人眼中的不可能变成可能。在2016年度国家科学技术奖励大会上，周济和他的团队凭借非金属基超常电磁介质的原理与构筑这一项目获得国家自然科学奖二等奖。该项目在超材料与自然材料融合的

2、思想指导下，借助非金属材料中丰富的电磁极化机制，初步创建了非金属基超常介质的原理框架和构筑策略，为超常介质这类新世纪出现的新型材料的系统探索和器件应用提供了新的范式。　　让不可能成为现实　　超常电磁介质的探索最初始于20世纪60年代前苏联科学家韦谢拉戈提出的一个思想实验。韦谢拉戈发现，假如有同时具备负介电常数和负磁导率的物质，世界将会发生一系列根本性改变。然而，这类天方夜谭似的想法在当时并未得到人们的过多关注，此后30年中也几乎被人遗忘。直到上世纪90年代末，一位英国科学家提出利用金属人工结构阵列实现这一想

3、法，并于世纪之交被实验验证，超常电磁介质才自此诞生。短短几年中，这类新型人工材料发展迅速，被评选为材料领域50年10项重大突破之一。然而，受制于金属基体的固有特性，高损耗、各向异性、难以调控，以及光频材料难于制备成为了困扰此类材料发展的壁垒。　　作为较早进入超常介质研究的团队，周济说，他们一直是非主流。团队在研究之初选择了一条独辟蹊径的路线利用超材料与自然材料的融合，发展非金属基超常电磁介质来解决金属超构材料面临的难题。这在当时的学术界看来，普遍认为不可能。然而，历经十余年的努力探索，周济团队取得了突破性进

4、展。　　2008年，在西班牙小镇潘普洛纳，周济见到了仰慕已久的韦谢拉戈教授，他向其介绍了自己团队正在进行的研究，老先生听后第一反应是质疑，然后是惊愕，最后是连连赞许，周济回忆道，韦谢拉戈教授最初的思路也是在传统介质中实现超常电磁响应，当时他和很多专家讨论过，只是最终得出的结论是不可能。但令韦谢拉戈难以想象的是，他曾经被认为不可能的这个想法多年后在一群中国科研者手中成为了现实。　　科研原野上硕果累累　　超常电磁介质研究团队起源于由李龙土院士领导的功能陶瓷研究团队，目前也是这个大团队中的一部分。李老师是一位严谨

5、、包容、思想活跃的学术大师，他积极支持和鼓励我们不断探索新的研究领域。我们的研究从常规介质走到超常介质，有应用需求的拓展、学科方向的演进，更有学术思想的传承。周济说。团队成立之初，资料匮乏是他们遇到的一大难题。这完全是一片没有前人涉足的荒漠，需要我们自己动手开疆扩土。回忆起当年寻找创新点的情景，周济难掩兴奋，对于他和团队来说，这是一段寂寞的旅程，亦是一个创造乐趣的过程。　　在科研的原野上，辛勤劳作必将收获丰硕。项目组经过十余年的悉心灌溉，终于收获了创新的果实。　　团队提出了超构材料与常规材料融合构造非金属基

6、超常电磁介质的原理和方案，突破了金属基超构材料所固有的高涡流损耗、各向异性、难以调控、以及光频材料难于制备等困扰其发展的壁垒;率先研制出多种新型陶瓷基超常电磁介质材料与器件，其中部分元器件已经获得实际应用;成功发展出了多种可调电磁超常介质，突破了困扰超常介质器件化的关键难题。回想起科研攻坚的那段日子，给周济留下最深印象的是两条经验：一是学科交叉，把相关学科的精髓原理巧妙应用到本学科中来;二是要敢于打破常规，尝试别人认为不可能实现的目标。　　十余年间的艰难困苦和心血汗水，周济视之淡然。每位从事科学研究的人，都

7、已经习惯了不断遇到问题、不断解决问题、进而不断探索的过程。在科研中不断积累经验和加深认知可以帮我们形成大致的方向感，一步一步不断有所进步和发现。周济表示。　　团队合作助力成功　　在团队成员们看来，项目取得了一些成绩主要得益于清华良好的科学研究平台和氛围、优秀的研究群体以及中国材料工程高速发展所提供的难得机遇和挑战。这是一个典型的跨学科团队，负责人周济本科学电子、硕士学物理、博士学化学，之后转战到材料领域多年，团队中的几位主要成员也各有所长、分工明确第二完成人赵乾是应用物理学博士，为介质Mie谐振为基础的陶瓷

8、超构材料设计与构造作出了主要贡献;第三完成人李勃是材料学博士，有效推动了可调陶瓷超常介质的研究进展;第四完成人孙竞博有着电子学背景，他率先发现了一些本征型超常介质体系;第五完成人宗瑞隆是化学背景，创新地提出了利用自下而上的方法制备超常介质这一新路线。　　在讨论项目时，团队成员打破长幼辈分之别，为追求一个共同的理想常常废寝忘食、全身心投入。在十余年的科研攻坚阶段，项目组不断有博士生、硕士生加入，他们有的思维活跃、理