環磁極矩（toroidal moment）是一種由圓環體上沿經線流動的電流或者首尾相接的磁偶極矩產生的電磁激勵，由于強度較弱，它往往被電極矩和磁極矩所掩蓋, 難以被直接觀測。直到2010年，人們才利用超材料結構在微波波段實現了動態環磁極矩主導的電磁響應。動態環磁極矩具有非凡的電磁能量局域能力與輻射抑制能力，因此高品質因子的環磁極矩在等離激元激光、傳感、旋光、負折射率等領域具有重要應用價值。但是在高頻波段，由于受到材料結構與空間調制能力的限制，實現具有實用價值的環磁極矩共振超材料還面臨諸多困難。

　　近年來，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室（籌）微加工實驗室一直致力于3D微納結構的加工方法和器件應用研究。他們發明了一種基于聚焦離子束的應變誘導3D微納米結構加工新方法，可以將一維和二維材料進行不同程度的多次有序折疊，實現納米結構單元在空間、尺寸、周期與幾何形貌可調制的大面積可控加工【Appl. Phys. Lett. 102, 213112 (2013); Light: Science & Application 4, e308 (2015)；Sci. Rep. 6, 28764 (2016)】。最近，該實驗室博士劉哲以及研究員李俊杰和顧長志等將這種折疊式3D結構的材料從金屬納米線和納米薄膜擴展到金屬/介質復合結構，以透明SiNx薄膜為骨架，利用聚焦離子束應變誘導折疊加工工藝，將微米尺寸的金屬開口諧振環結構在3D空間以不同的開口方向和空間位置進行組合，獲得具有高構型自由度的3D光學超材料（圖1）。在垂直方向入射光的激發下，金屬諧振環產生LC共振，不同開口方向諧振環的共振模式發生耦合，導致磁偶極矩沿環形首尾相接，形成環磁偶極共振（圖2）。該環磁共振位于中紅外波段，且品質因子高達20.78，是在光頻波段已有報導的最高值。通過分析環磁偶極矩的輻射能量譜，他們觀察到在共振頻率處TZ取得最大值，證明了環磁偶極共振的存在。為了使環磁偶極輻射的強度高于電偶極和磁偶極，他們利用斜入射的TM波進行激發，發現隨著入射角度的增加，TZ輻射分量逐漸增強，并且在75°入射角時其輻射強度超過電偶極和磁偶極，同時仍保持較高的品質因子（圖3）。這一結果證明了利用折疊式3D結構實現高品質因子環磁偶極共振的可能性，顯示出在高性能傳感和等離激元激光等領域的廣泛應用前景。該研究結果作為Frontispiece發表在《先進材料》（Advanced Materials 29, 1606298 (2017)）上。

　　以上工作得到了科技部（2016YFA0200803, 2016YFA0200400, 2016YFA0301102）、國家自然科學基金委員會（91323304, 11504414, 11674387, 11574368, 61505164, 11574369, 11574385）和中科院相關項目的資助。

Frontispiece

圖1：利用聚焦離子束折疊加工方法制備3D金屬/介質復合結構的流程圖和SEM圖

圖2：環磁偶極超材料的透過譜和多極矩遠場輻射譜

圖3：斜入射激發時樣品的多極矩輻射強度和不同角度下的透過譜