第一篇：負折射材料

超材料一詞來源于其英文名稱Metamaterial，又被譯為特異材料，是21世紀物理學領域出現的一個新的學術詞匯，其定義是“具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構或復合材料”。比如屬于超材料的左手材料（負折射率材料）同光波相互作用的方式與自然材料迥然不同。因為超材料的物性由人工結構決定而不是由材料本征特性所決定，所以超材料的誕生為材料界引入一個全新的設計理念，以往是自然界有何種材料，就能制造出何種物件，而超材料完全是逆向設計，即針對電磁波的應用需求制造出相應功能的材料。超材料的目標是利用人造構成要素替代原子及分子、以類似結晶的結構規律來形成新的傳輸介質[1]。近年來超材料的研究范圍主要有：左手材料、光子晶體、頻率選擇表面等。

一、超材料研究受到重視[2]

1967年，蘇聯理論物理學家Veselago首次假設具有“左手/負折射率”特性的超材料存在，并發表論文，認為這種材料同時具有負介電常數和負磁導率。Veselago在論文中預言了這種材料的多種特性，包括：不同于傳統材料的正折射率，這種材料呈現出負折射率；該材料呈現電磁波的“左手”傳播特性，即電磁波的電場、磁場和波矢構成左手關系，因此被稱為左手材料。

但是直到2000年，首個關于左手材料的報告才問世。此后，Veselago的眾多預測都得到了實驗驗證或廣泛模擬。為了深入了解左手材料的物理原理和國防應用前景，美國DARPA國防科學辦公室于2009年發布負折射率材料（NIM）項目，旨在深入研究“左手”傳輸物理特性以及負折射率，以擴展能夠觀測到這種現象的頻段。研究人員已經確認了具有負介電常數和磁導率的共振射頻結構中存在負折射，目前正探索這種材料在國防上的應用。國防應用需要顯著提高現有NIM的特性（帶寬、損耗、運行頻率等），并深入了解該材料電磁傳輸的物理特性。國防科學辦公室NIM項目的詳細技術目標包括：① 實驗驗證和深入了解負折射率材料的物理特性、反向群推論以及相位速率；②研究和演示利用負折射率材料進行亞波長成像；③拓展負折射率材料的工作頻率范圍；④了解和降低負折射率材料在實際應用中的損耗機制。

按照項目設想，負折射率材料取得的技術進步會形成多個國防應用，包括輕量、微型化射頻結構，并提高成像系統的光學特性。

二、超材料設計獨樹一幟

采用遺傳算法逐個篩選超材料微結構中的幾何圖案以獲得最優模式；利用變換光學法可根據所需光線傳播路徑設計出光學超材料。

1．遺傳算法設計寬帶超材料[3]

2014年5月，美國賓夕法尼亞州立大學電子工程和材料科學系的研究團隊使用遺傳算法設計出可以在紅外波段提供寬帶吸收的特殊材料——超材料。這是第一次設計出覆蓋紅外光譜的超倍頻程帶寬材料。具有更寬吸收帶寬意味著可以在很寬的波長范圍內使材料免受電磁輻射，屏蔽儀器不被紅外傳感器發現，起到保護儀器的作用。

研究者研究了銀、金、鈀材料，發現鈀可以提供更好的帶寬覆蓋。這種新超材料由硅襯底或基板上的疊層組成。第一層是鈀，其次是聚酰亞胺層。在此層之上是鈀絲網層。絲網有精致復雜的亞波長級幾何圖案，用于阻擋各種紅外波長。只要合理設計絲網上比波長小得多的圖案，疊層材料結構可以作為一個高效吸收器，能吸收以 55°角入射到絲網上的90%的紅外輻射。聚酰亞胺層覆蓋整個吸收器。

研究者使用一種遺傳算法設計該材料所需的絲網圖案。通過一系列的0和1染色體來描述絲網圖案，讓算法隨機選擇圖案以創建設計初始種群。該算法測試圖案后只保存最好的并淘汰其他。最好圖案被調整為第2代。經過數代的優勝劣汰，選拔出來的好圖案達到甚至超過了初始設計目標。隨著時間推移，每一代的最佳圖案都被保存。如果沒有遺傳算法將無法得到一個覆蓋倍頻程的帶寬。過去研究人員一直試圖使用多個層覆蓋的帶寬，但多層難以制造和正確套準。超材料卻能容易制造，因為它是簡單的金屬或塑料層，不需要復雜的逐層套準。聚酰亞胺透明層可用來保護絲網，也有助于減少波從空氣進入裝置可能發生的任何阻抗失配。遺傳算法通常應用于電磁學，但是使用該方法設計超材料卻是首次。

2.變換光學設計超材料[4]

光學超材料由亞波長單元的均勻陣列所構成，具有設計所需的獨特性質。但當設計拓展到非均勻陣列，將產生更多的特性選擇，這為變換光學（Transformation Optics）打開了大門。與幾何光學不同，變換光學的原理，是任何所需的電磁場光滑變形都可以通過對超材料適當的設計來準確實現。可以操縱亞波長陣列超材料內的電磁場，通過結構設計以任意方式改變電場線和磁場線的傳播路徑。比如，設計隱藏物體的隱形斗篷，先指定所需繞過隱藏物體的光路，再用變換光學設計滿足光路的超材料參數，如尺度、單元個數、結構和形狀。組成超材料的亞波長單元形成變換光學建構塊，在可見光波段，每個單元必須小于400～700nm。對開發光學超材料而言，變換光學將成為首選設計工具。

三、超材料制備千帆競發

如何制備大面積的超材料是研究人員關注的首要問題。依據對中國專利公布公告的檢索，在871個超材料主題公告中，超材料制備方法占據96%，可見超材料制備方法的研究正處于百軻爭流、千帆競發的蓬勃發展時期。目前較為成熟的制備方法包括“圖案第一”法、納米轉印法、剝離工藝、立體打印和電子束光刻。

1.“圖案第一”法[5]

“圖案第一”（Pattern-first）工藝是先制備一種有圖案的犧牲層襯底，然后在襯底上重復沉積其他各層。此法受到超材料總厚度（幾十納米或更小）的限制，因此限制了可以實現的共振類型，以及最終的薄膜功能。實驗表明“圖案第一”的薄膜總厚度增加到300nm、沉積5個雙層薄膜時，可以產生強烈的特征共振和明顯的超材料特征。

2．剝離工藝[5] 2014年5月9日，新加坡科技研究局數據存儲研究所驗證了一種有前景的新型制備工藝——三層剝離（trilayerlift-off）工藝，可以生產大面積漁網超材料（fishnet metamaterials）。大多數光學超材料是由微小的重復金屬結構組成。當有特殊頻率的光照在結構上，可在每個結構內建立振蕩場。這些場彼此共振從而產生所需要的集體行為。漁網超材料通常有幾層垂直堆疊的重復單元，分布在較大的橫向尺度上。因為在垂直和水平方向都有結構，被稱為3維材料。

為實現上述結構，研究組采用了一種被稱為三層剝離（trilayer lift-off）的工藝，在二氧化硅（SiO2）層上附著一個有圖案的光刻膠犧牲層，在SiO2層下面涂復第2層光刻膠層。通過交替的圖案形成和蝕刻步驟，實現了薄膜厚度大大超過薄膜上光刻的橫向圖案尺寸。三層剝離技術可以幫助研究人員更容易設計和制備出大面積3維納米器件，使超材料應用成為現實。此工藝通常用于工業界很少用于實驗室。

3．納米轉印法[6] 2014年第3期《先進光學材料》介紹了美國中佛羅里達大學光學和納米技術專家們的研究成果——工作在可見光譜的長列多層3維超材料。通過使用納米轉移印刷（nanotransfer printing）法，可以改變周圍物體折射率從而控制光的傳播。納米轉印技術制備了金屬/電介質復合薄膜材料，具有納米圖案的薄膜相互層疊形成3維結構，能夠在可見光譜范圍工作。大面積制備超材料再跟隨一個簡單的印刷工藝，可以實現基于設計的納米級光學響應新型器件。

4．立體打印技術[7]

2014年4月，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所公開了一種立體打印技術制作3維周期結構超材料的方法。這種屬于微細加工和微波技術領域的制備方法，解決了現有制作超材料方法中精度差、耗時長的技術問題。此方法利用3維建模軟件分別建立超材料中金屬材料結構的3維CAD模型和樹脂材料結構的3維CAD模型，再將3維CAD模型轉換成STL格式文件，輸入雙材料立體打印機，采用不同材料同時打印超材料的金屬材料結構和樹脂材料結構，得到3維周期結構超材料。此方法可以制作任意三維周期單元任意面型的超材料，具有制作精度高、速度快、工藝簡單的特點。

5．電子束光刻[8]

2014年3月，新加坡南洋理工大學提供了一種生成在可見光-紅外范圍內可操作的超材料方法。具體步驟包括：①在基板上沉積導電材料層；②在導電材料層上形成電子束光刻膠層；③利用電子束光刻使光刻膠層圖案化以形成有圖案的基板；④將貴金屬層沉積在有圖案的基板上；⑤除去光刻膠。此方法提供了一種在可見光-紅外范圍內可操作的超材料，此超材料在基板上具有約20～40nm的最小線寬的裂環諧振器。此外，這種方法還提供了一種用于化學或生物傳感的透明光子器件或傳感器，此透明光子器件或傳感器包含所述超材料。2015年6月27日報道美國研究小組已經開發出一種二維“雙曲表面超材料”，可表現出負折射率等超材料的典型性質。據該研究小組發表在《自然》期刊（2015年6月12日出版）的研究結論，在集成光子電路尺度，這種材料的光學損耗比普通超材料低2個數量級。除了具有低損耗和無衍射傳播的特性之外，這種新的表面材料還能夠控制可見光波長和反射路徑。該研究小組認為，這項工作“打開了了解集成光學電路的大門”，在成像、傳感和量子信息領域具有廣泛的應用前景。

超材料所具有的獨特光學性能和非凡應用前景在幾十年前就已經為人所知，但要在芯片尺度上應用這些特性則是巨大的挑戰。體超材料（Bulk metamaterials）在各種情況下都難以集成到平面光子芯片上，且表現出較高的傳播損耗，光能量有很大一部分被超材料的金屬成分所吸收。

解決傳播損耗問題的一種可能方案是所謂的“雙曲表面超材料”（hyperbolic metasurface），這種材料具有強烈的各向異性，允許電磁波能量以表面等離激元（SPP）波的形式沿金屬-電介質表面傳播。這種二維表面超材料更容易集成到平板光子電路中，不僅比體超材料具有更低的傳播損耗，且保留了超材料的負折射率性能。但長期以來，這種材料主要存在于理論研究，還未在可見光頻率下進行過試驗測試。

為了將理論變為現實，哈佛大學亞歷山大教授與美國光學學會學生會員羅伯特·德福林研究小組利用濺射沉積形成單晶銀膜，然后利用精密電子束光刻和等離子刻蝕等手段將銀晶體切割成納米脊線，從而將可見光精確調諧為沿銀-空氣界面傳播的SPP波。根據預測理論，耦合激光以SPP波沿超表面傳播時，能量損耗僅為在體超材料中傳播損耗的1/100。

研究小組演示了這種低損耗材料的負折射率性能。或許更引人注目的是，這種材料的折射率與波長相關：在波長大于540納米時，材料具有正折射率；當波長小于540納米時，折射率變為負數。在該研究小組的另一個實驗中，他們發現了一種“新的光學現象”，光線在這些材料中是向左折射還是向右折射取決于波長，這就是所謂的“表面等離激元自旋霍爾效應”。圖羅伯特·德福林提供的光折射演示圖片

納米尺度的雙曲超表面銀晶體膜結構（上排圖）；波長小于540納米時，光線負折射傳播（中排圖）；波長大于540納米時，光線正常折射傳播（下排圖）。

論文作者之一德福林表示，這種表面超材料結合了低損耗和二維幾何形狀特性，有望“開辟芯片級光路控制的新途徑”，甚至在單光子條件下也可能實現。演示實驗中雖然采用了銀-空氣界面，但研究小組相信能夠找到適用于其他材料和通用技術的一般方法，從而給半導體工業界帶來革命。

如何才能真正捕獲光線?英國科學家的一項最新研究，從理論上提出了讓光減速到停滯的方法。在2007年11月15日出版的《自然》雜志上，英國薩里大學的物理學家歐特溫一赫斯與其同事公布了他們的這項最新成果。赫斯稱．要將運行速度為6．7億英里每小時的光截住絕對是一件壯舉，科學家們為此已經進行了數年的研究。為了應對這個挑戰，赫斯與其同事一道設計出了一個理論方法，使用一種屬性由結構而非成份決定的“超材料”將光截留住。“超材料”是一種人造的電磁一光學材料，即在透明材料中置入一些微型的金屬包含物。憑借其“負折射率”的特性，“超材料”成為了截留光的理想材料。絕大部分材料，如玻璃和水的折射率為正，意味著光基本上還是朝同一方向運動。“超材料”的負折射率特性使得光在一定程度上按原方向折回．這樣一來，光的運行速度就慢慢地減緩下來，直至停止。

實驗研究中，赫斯等人模擬研究了一種特殊模式的光在穿過一種波導（將光波引向特定方向的結構）時會受到怎樣的影響。該波導是將這種“超材料”夾在兩種普通材料中間形成的“三明治”結構，且一端寬一端窄，以使光的不同波長停留在不同點上，實現“當每個頻率成分都被截留時，所有光波的分布呈立體狀”，在“超材料”上形成一道“彩虹”。結果發現，該光波的波群速度（不同頻率的波的合成在介質中傳播的速度）依賴于波導的厚度。該發現意味著可以通過改變波導厚度來控制光線的波群速度。如果波導厚度恰好達到令波群速度為零的臨界點，那么光線就會停下來。

毫無疑問，波導臨界厚度是隨著光線波長改變而改變的。研究人員提出，對日光來說．一個合適的楔形波導就能滿足各種波長。波長較短的藍光可以被波導較厚的地方捕獲，波長較長的紅光則由較薄的地方負責。研究人員表示．一個55微米長、厚度從0．8微米到1．4微米的楔形波導就可以實現“捕獲彩虹”。目前．赫斯的設計還只停留在理論階段，要真正實現光的截留，科學家們就必須努力研發并使用納米材質的“超材料”。盡管這樣一種材料聽起來有些“科幻”，但奇異的“超材料”發現都是從一些看似不可思議的理論誕生出來的。比如，負折射率材料從提出到發現僅用了短短6個月的時間．

赫斯表示．一旦光可以被截留住，就將掀起數據流和數據儲存領域的革命。目前，因特網在面臨如何加速數據流方面能力有限，因為“過量的數據常常在同一時候抵達某些點”。假設數據是通過光子而非電子傳輸，那么根據赫斯的理論，就可以通過給光子設置限速，使某些頻率的數據傳輸減速，以便其它數據通過。這樣一來，就可以提高數據處理效率，使因特網具有更大的數據容量。由于光學裝置天生就具有難以置信的高帶寬，因此。截留光的方法使得光子可以被儲存，從而芯片上可以儲存海量數據。

使光子停止．操縱光子以便把信息輸入光子，然后根據需要再將光子發往某地以及某時再發。這種可能性使人們看到了新一代計算機的曙光，可以預見它比目前計算機的功能要強大幾千倍，這就是所謂的量子計算機。此外，利用它可開發將不可見的紅外線轉換為肉眼可識別的可見光的技術、減少通信系統中的噪音以及研制性能更好的視頻顯示和夜視裝置等。

【小題1】根據文意，下列關于“捕獲彩虹”的解釋，正確的一項是

A．“捕獲彩虹”，是由英國科學家歐特溫一赫斯與其同事共同實現的一項最新研究成果。B．“捕獲彩虹”，就是指用人工的方法將光線減速到停滯。

C．在具備“超材料”因素的條件下，“捕獲彩虹”還要求波導的形狀和厚度適中。

D．如果能讓多種頻率的光線減速并停留在波導的不同點上，就可以實現“捕獲彩虹”。【小題2】下列對實現光的截留將會帶來的技術應用，理解不正確的一項是 A．將給因特網的數據傳輸方式帶來革命性的變化，即變電子傳輸為光子傳輸，提高數據處理效率。

B．將使得光子可以被儲存，芯片上可以儲存海量數據，從而帶來難以置信的高帶寬。C．將給開發出新一代功能強大的計算機一一量子計算機帶來可能。D．將使不可見的紅外線無可遁形，使通信系統中的噪音大幅減少，使視頻顯示性能更好等。【小題3】下列說法，不符合文章內容的一項是

A．電子傳輸數據，使過量的數據常常在同一時候抵達某些點，限制了因特網在加速數據流方面的能力。

B．光的傳播速度不是一成不變的，而是在不同的介質中有著不同的速度。

C．波導的臨界厚度就是使光線速度為零的臨界點，它是隨光線波長的長短而改變的。D．“超材料”的屬性是由結構而非成份決定的，也就是將“超材料”夾在兩種普通材料中間形成“三明治”結構，從而將光截留住。

“超材料（metamaterials）”：超越天然材料的自然極限

摘要

“超材料（metamaterial）”指的是一些具有人工設計的結構并呈現出天然材料所不具備的超常物理性質的復合材料。從本質上講，metamaterial更是一種新穎的材料設計思想，這一思想的基礎是通過在多種物理結構上的設計來突破某些表觀自然規律的限制，從而獲得超常的材料功能。迄今發展出的“超材料”包括“左手材料”、光子晶體、“超磁性材料”等。超材料的設計思想昭示人們可以在不違背基本的物理學規律的前提下，人工獲得與自然界中的物質具有迥然不同的超常物理性質的“新物質”，把功能材料的設計和開發帶入一個嶄新的天地。關鍵詞：超材料，材料設計，左手材料，光子晶體

1、“超材料（metamaterials）”的基本定義

“Metamaterial”是本世紀物理學領域出現的一個新的學術詞匯，近年來經常出現在各類科學文獻。拉丁語“meta-”，可以表達“超出…、亞…、另類”等含義。對于metamaterial一詞，目前尚未有一個嚴格的、權威的定義，各種不同的文獻上給出的定義也各不相同。但一般文獻中都認為metamaterial是“具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構或復合材料”。在互聯網上頗有影響的維基百科（Wikipedia）上，對metamaterial一詞是這樣解釋的：

In electromagnetism(covering areas like optics and photonics), a meta material(or metamaterial)is an object that gains its(electromagnetic)material properties from its structure rather than inheriting them directly from the materials it is composed of.This term is particularly used when the resulting material has properties not found in naturally formed substances.這一解釋可能是迄今對metamaterial這一概念給出的最符合科學規范的定義，盡管這一定義從目前的觀點看過于狹隘（該定義似乎只針對電磁領域的材料，而實際上，最新的研究metamaterial已經包括一些聲學材料）。從這一定義中，我們可以看到metamaterial重要的三個重要特征：

（1）metamaterial通常是具有新奇人工結構的復合材料；

（2）metamaterial具有超常的物理性質（往往是自然界的材料中所不具備的）；（3）metamaterial性質往往不主要決定與構成材料的本征性質，而決定于其中的人工結構。目前人們已經發展出的這類“超材料”包括光子晶體、左手材料、以及超磁性材料等等。

2、從“靈光一閃”到重大突破

盡管metamaterial的概念出現于21世紀，但追溯其源頭則可以找到上一世紀中后期幾位杰出科學家的“靈光一閃”。

1967年，前蘇聯科學家維克托·韋謝拉戈（Victor Veselago）提出，如果有一種材料同時具有負的介電常數和負的磁導率，這種物質將能夠顛覆光學世界，它能夠使光波看起來如同倒流一般，并且在許多方面表現得有違常理的行為。然而，眾所周知，同時具有負介電常數和負磁導率的材料在自然界中是不存在的，因此，Veselago的預言未能得到科學界的重視，到了20世紀90年代，Veselago的猜想幾乎被人遺忘。

直到20世紀90年代中后期，英國物理學家John B.Pendry的工作使韋謝拉戈物質的研究出現了柳暗花明的前景。Pendry將metamaterial的思想（盡管當時metamaterial一詞未被使用）引入了負介電常數和負磁導率的材料的構造。他的一個創新性思路是，一種材料，不僅僅只認為是一個均勻的塊體，它還可以擁有一些細小的單元。換句話說，材料的電磁特性可以從這些小結構單元中獲得，這些小結構合力產生了原本不可能出現的效應。基于這樣的思想，Pendry先后提出了可能具有負介電常數和負磁導率的結構單元。在此基礎上，美國科學家David R.Smith等人從實驗上實現了這些結構單元的負折射。Metamaterial一詞，連同具有負折射的“左手材料”一起引起了世界科學界的關注。

與“生不逢時”的左手材料相比，另一類超材料――光子晶體的誕生和發展則幸運得多。1987年，兩位美國科學家分別根據各自在不同角度的研究，同時提出了一類在光的波長尺度具有周期介電結構的超材料――光子晶體（photonic crystal）以及與其對應的光子帶隙（photonic bandgap）的概念：E.Yablonovitch從抑制自發輻射的角度提出了這一概念的，而S.John則是光子的局域化角度提出的。由于這一突破給光子技術帶來的應用前景，兩位科學家的工作很快得到了世界各國科學家的強烈響應，并掀起了光子晶體的研究熱潮。到1998年和1999年底，由于光子晶體的研究在多方面取得突破，與光子晶體相關的研究兩度被Science雜志列為當年世界上的“十大科學進展”，并被該雜志評為預測為未來的六大研究熱點之一。事隔7年以后，當光子晶體領域轟轟烈烈的淘金熱剛剛有所降溫的時候，Science雜志又于2006年底再次將光子晶體列為未來的自然科學的熱點領域。

而另一類超材料――左手材料則是在2003年被Science雜志列為當年的“十大科學進展”。三年后的2006年底，由于英美兩國科學家利用與左手材料的設計方法相類似的梯度超材料成功實現了“隱身斗篷”的功能，Science雜志又一次將其列為當年的“十大科學進展”。眾所周知，當今自然科學界受到較多關注的重大突破較多來自生物及醫學領域，而物理學和材料科學領域則不是熱點。而超材料的突破在近幾年中能受到整個科學界持續的關注，其科學意義不言自明。

3、嶄新的設計理念

“超材料”重要意義不僅僅體現在幾類主要的人工材料上，也體現在它提供了一種全新的思維方法――這種思維方法對材料科學家來說是非常寶貴的，因為它為新型功能材料的設計提供了一個廣闊的空間：昭示人們可以在不違背基本的物理學基本規律的前提下，人工獲得與自然界中的物質具有迥然不同的超常物理性質的“新物質”。

基于“超材料”觀念的材料設計方法是多種多樣的。事實上，早在metamaterial的觀念出現以前，甚至韋謝拉戈突出左手材料的設想以前，人們已經有過非常類似的嘗試。一個典型的例子是多層陶瓷電容器（MLCC）。多層陶瓷電容器是70年代發明的一種電子元件。它是有陶瓷介質層和內電極交疊而成，相當于多個電容并聯在一起，或使電容器的電極面積增加了若干倍。眾所周知，對于平板電容器，其電容量與其中的電介質材料的介電常數、電極面積成正比，而與電容器厚度成反比。因此，如果我們不把多層陶瓷電容器看成是一個多層器件，而僅僅看成是由具有某一介電常數的陶瓷介質構成的單層平板電容器，即把其中的多層結構看成是一種“材料（”事實上是超材料），則該“材料”的表觀介電常數可高達陶瓷介質的n2倍。這種結構的設計中，事實上也包含了metamaterial的設計思想，只是把沒有最終的多層結構看成是一種“材料”，而是將其視為“器件”。隨著材料技術的發展，“材料”的觀念也在變化――以往人們“材料”的認識往往是“原材料”，而今天人們所研究的先進材料，很多都是具有在一定尺度上的結構調控。由此，廣義的講，可以吧MLCC中的多層結構本身看成是一種“材料”。而這種“材料”的性能將是普通材料所無法比擬的。

“超設計”一個較重要的理念是巧妙利用材料中的“關鍵物理尺度”。材料中所呈現的一些物理性質往往和材料結構中的關鍵物理尺度有關。一個最直觀的例子是晶體。晶體是自然界中物質的有序結構的一個重要形式，它的有序主要存在于原子層次，正是由于在這個尺度上的有序性調制，使晶體材料形成了一些無定型態所不具備的物理特征。由此類比，在其它層次上的有序排列則可能獲得一定程度的自然界中的材料所不具備的物理性質。因此，人們可以通過各種層次的有序結構實現對各種物理量的調制，從而獲得自然界中在該層次上無序或無結構的材料所不具備的物理性質。對于材料與各種波的相互作用，波長尺度往往是材料的關鍵物理尺度。光子晶體是利用關鍵物理尺度的控制來實現材料超常物理性質的典型例子，它是通過在波長尺度上材料的介電周期結構來實現對光子在其中運動狀態的調控的。

而在70年代初由諾貝爾獎獲得者江崎等提出的半導體超晶格，則是基于通過半導體能帶的周期結構調制其中電子運動的調控。因此廣義的講，半導體超晶格也可以看成上一種“超材料”。事實上，在沒有任何理論指導的情況下，人們就已經在實踐經驗的基礎上來利用材料結構的調控來實現對各種波。一些調制聲波的材料僅僅是利用在木板上鉆出具有一定分布的空洞，即可獲得一些奇特的聲學性質。而在調控電磁波方面，一些半經驗的天線結構設計也早在光子帶隙理論提出之前就得到了應用。這些嘗試其實都有“超材料”思想的影子。

最近，美國科學家M.Liu等人發展出的一種具有人工的軟磁－硬磁復合材料[8]，則巧妙地利用了磁結構的關鍵尺度的調控，同時獲得了一種既具有高的飽和磁化強度（軟磁特性），又具有高的矯頑場（硬磁特性），因此該材料具有非常高的磁能積。這是普通意義上的復合所無法獲得的性能。

材料的電磁性質的兩個重要參數，一個是材料的介電性質，體現了材料對電場的影響，另一個是磁導率，體現了材料對磁場的相應。在一個以介電常數為橫坐標、磁導率為縱坐標的坐標圖上，我們可以分析各個象限電磁波傳輸的特性。通常人們所熟知的介質材料主要在第一象限，介電常數和磁導率皆為正值，電磁波可以正常傳輸。電場強度、磁場強度和坡印廷矢量遵守右手定則，波矢的方向（相速度的方向）和坡印廷矢量的方向相同。在天然材料中，我們所熟知的介電材料可能有很高的介電常數，但其磁導率僅為1。而另一類材料，即鐵磁材料，則只好相反，磁導率可以很高，但介電常熟很低。鐵氧體是一類具有鐵磁性的介質材料，其介電常數可以高于普通鐵磁體，而磁導率可以高于普通介質，但遺憾的是，其介電常數和磁導率都不可能特別高。而按照超材料的設計思想，可以通過設計一些有序的介電－鐵磁復合材料，使磁導率和介電常熟都相當高。

在第二和第四象限，介電常數或磁導率兩者之一可取負值。根據電磁場理論，電磁波在其中無法傳輸，表現為倏失波，其振幅快速衰減。其中第二象限的材料（負磁導率材料）一般認為自然界中不存在（有關問題會在后面討論），而金屬在一定頻段下屬于第四象限，即可能有負的磁導率。而通過超材料的設計，這兩個象限的材料都是可以實現的。

在第三象限，介電常數和磁導率兩者同時取負值。這種材料在自然界中肯定是不存在的。但可以通過超材料的設計來實現，這就是后面所要介紹的“左手材料”。

4、“左手材料”

眾所周知，麥克斯韋理論表明，電磁波在普通介質中傳播時遵循“右手定則”。而韋謝拉戈給出了一種奇異的介質，在這種介質中，電場強度、磁場強度和電磁波波矢之間遵守左手定則，由此稱之為“左手材料”。

左手材料是近年來新發現的某些物理特性完全不同于常規材料的新材料，在電磁波某些頻段能產生負介電常數和負磁導率，導致電磁波的傳播方向與能量的傳播方向相反，產生逆多普勒效應、逆Snell折射效應、逆Cerenkov輻射效應以及“完美透鏡”等奇異的電磁特性。這些特性可望在信息技術、軍事技術等領域獲得重要應用。介電常數ε和磁導率μ是描述物質電磁性質的基本物理量。由于這兩個參數出現在麥克斯韋方程式中，因此，ε和μ也是描述電磁波在物質中傳播的重要物理量，決定著電磁波在物質中的傳播特性。介電常數ε和磁導率μ是頻率的函數，在某一時刻，電位移矢量和磁感應強度矢量決定于電場強度和磁場強度。當ω→0，ε（ω）和μ（ω）趨于其正的靜態值；ω→∞時，由于極化過程跟不上頻率的變化，ε（ω）和μ（ω）趨于1。因此，在兩個極限情況下，ε（ω）和μ（ω）均為正值。但在中間頻率階段，Re[ε]和Re[μ]可取負值。如金屬材料在等離子頻率以下具有負的ε（ω）值，鐵磁體在鐵磁共振附近具有負的μ（ω）值。歷史上，電動力學僅研究ε（ω）和μ（ω）均為正，或其中一個值為負的情況。如果ε和μ同時為正值，則電場、磁場和傳播方向形成了右手矢量關系，這就是通常右手材料的情形。

但如果ε和μ同時為負值，則電場、磁場和傳播方向形成了左手矢量關系，這也就是“左手材料”稱謂的由來。的方向也就是的方向，和坡印廷矢量的方向相反。當電磁波在“左手材料”中傳播時，將會表現出一些奇異的特性。例如：（1）電磁波的群速方向與相速方向反向平行，即波矢的方向與能量的傳播方向相反，E、H、K之間滿足左手定律。

（2）逆多普勒效應（Reversed Doppler Effect）。在左手材料中所觀測到的頻率變化與右手材料中的效應相反。在右手材料中，當觀察者向著波源運動時，觀察者所測到的頻率要高于波源振動的頻率，這就是多普勒效應；在左手材料中，同樣當觀察者向著波源運動時，觀察者所測到的頻率要低于波源振動的頻率，此為逆多普勒效應。（3）逆Snell折射效應（Reversed Snell Refraction）。折射率為負值，在左手材料和右手材料的界面處，折射線和入射線居于界面法線的同側。因此會呈現出所謂的“完美透鏡”現象。（4）逆Cerenkov輻射效應（Reversed Cerenkov Radiation）。當帶電粒子在介質中運動時，介質中產生誘導電流，由這些誘導電流激發次波，當帶電粒子的速度超過介質中的光速時，這些次波與原來的電磁場互相干涉，可以形成輻射電磁波。這種輻射稱為Cerenkov輻射。在右手材料中電磁波激發的輻射以銳角向前散射，而在左手材料中，電磁波的輻射方向發生了改變。在左手材料中則以鈍角向后散射。

左手材料從提出到實現經歷了30多年的歷程。直到1996－99年，英國科學家Pendry等人相繼提出了可能構造左手材料的巧妙設計方法[2]，即用金屬條和開口金屬諧振環周期性地規則排列，則有望在微波波段產生負等效ε和負等效μ。2001年，美國加州大學圣迭戈分校的Smith等物理學家根據Pendry等人的建議，利用以銅為主的復合材料首次制造出在微波波段具有負介電常數、負磁導率的物質，他們使一束微波射入銅環和銅線構成的人工介質，微波以負角度偏轉，從而證明了左手材料的存在[3]。2003年，加拿大科學家Eleftheriades基于電子學中的傳輸線理論，實現了一種不倚賴于金屬結構來實現左手材料的放案，通過“反傳輸線”連接在一起形成網絡，實現了微波頻段的負折射[8]。

2002年，麻省理工學院孔金甌教授從理論上證明了左手材料存在的合理性，并稱這種人工介質可用來可能用于電磁波隱身等等[9]。2006年初，Pendry等預測預言了超材料薄層能夠讓光線繞過物體，從而使物體隱形[10]。就在他們提出隱身斗蓬的可行性技術構想之后幾個月，2006年10月，Smith等展示了這種斗篷的雛形[11]。

“隱身斗篷”的基本原理是，通過在物體表面包覆一層具有特殊設計的、具有一定介電常數和磁導率分布的材料，使入射光或電磁波將被彎曲，并且繞過包覆層，從而出現隱身人的結果。其原理如圖8所示。通俗的講，身穿隱身斗篷的人就好像在空間中挖開了一個洞，任何光和電磁波將直接穿透這個洞，從而不會看到斗篷中隱藏的物質。隱身斗篷將不僅僅被應用于“隱身”，憑借它的幫助，任何電磁信號都可以更為有效的繞開干擾和阻隔，從而保持信號的完整性。

近年來人們，開始探索光學波段的左手材料，人們通過雙金屬棒結構、漁網結構等演示了通過金屬結構在光波段實現負折射和完美透鏡成像的可能性。納米加工技術正在其中發揮著越來越大的作用。

5、光子晶體 1987年，E.Yablonovitch]和S.John]獨立地提出了光子帶隙（Photonic Bandgap）材料的概念。光子晶體是由具有不同反射率的材料在空間交替構成的一種周期結構。由于光在與其波長相匹配的周期結構中運動時，受到周期的散射和衍射，于是便產生了光的頻率禁阻，在該系統中，某些頻段的電磁波強度因破壞性干涉呈指數衰減，無論橫向還是縱向的振動，都無法在介質中傳播，形成電磁波能隙。

光子晶體的最根本特征是具有光子禁帶，落在禁帶中的光是被禁止傳播的。當原子被放在一個光子晶體里面，而它自發輻射的光頻率正好落在光子禁帶中時，由于該頻率光子的態的數目為零，因此自發輻射幾率為零，自發輻射也就被抑制；反過來，光子晶體也可以增強自發輻射，只要增加該頻率光子態的數目便可實現，如在光子晶體中加入雜質，光子禁帶中會出現品質因子非常高的雜質態，具有很大的態密度，這樣便可以實現自發輻射的增強。由于光子帶隙的存在，人們可以通過設計帶隙實現對各種波長光的調控，獲得各種各樣的新型光學器件。

光子晶體為實現低閾值激光振蕩器和各類低閾值的光邏輯器件提供了條件。在激光器中引人光子晶體還可以實現低閾值激光振蕩。這是因為光子晶體對位于其光子頻率禁帶范圍內的電磁波具有抑制作用，所以當光子晶體的光子禁帶頻率與激光器工作物質的自發輻射頻率一致時，激光器中的自發輻射就會被抑制。激光器中因自發輻射引起的損耗會大大降低，從而會使激光振蕩的閾值變得很低。圖利用二維光子晶體實現的激光器示意圖。在光子晶體中引入缺陷可能在光子帶隙中出現缺陷態，這種缺陷態具有很大的態密度和品質因子。這種由光子晶體制成的微腔比傳統微腔要優異的多。由于光子帶隙對自發輻射的抑制行為，為各種全光開光、光學非線性等性質的實現提供了可能性，并可以使其閾值大大降低。光子晶體為這類繁多的光無源器件提供了理想的材料。理論計算表明，光子晶體波導可以改變這種情況。光子晶體波導不僅對直線路徑而且對轉角都有很高的效率。此外，光子晶體本身也是高性能反射鏡，頻率落在光子帶隙中的光子或電磁波不能在光子晶體中傳播，因此選擇沒有吸收的介電材料制成的光子晶體可以反射從任何方向的入射光，反射率幾乎為100%。光子晶體超棱鏡本身也可以被看成是超棱鏡。常規的棱鏡的對波長相近的光幾乎不能分開。但用光子晶體做成的超棱鏡的分開能力比常規的要強100到1000倍，體積只有常規的百分之一大小。如對波長為1.0微米和0.9微米的兩束光，常規的棱鏡幾乎不能將它們分開，但采用光子晶體超棱鏡后可以將它們分開到60度。這對光通訊中的信息處理有重要的意義。已經實現產業化的光子晶體光纖是目前應用最廣的光子晶體產品。這種光纖的一個突出的特點是它可以把光限制在低介電常數區域，從而實現光在空氣中的傳播，因此光的傳播損失是很小的，還可以傳輸較高能量的光，除此外還產生了其它的一些特性。

值得指出的是，由于光子晶體材料自身給出了一種材料平臺，人們可以在同一塊光子晶體“芯片”上實現各種不同的有源和無源器件，并將這些集成。這為未來的集成光子學技術提供了廣闊的發展前景。

光子晶體理論不僅為光子信息結束的發展提供了理想的材料，也惠及電子信息技術，其中一個典型例子微波帶隙天線。傳統的微波天線制備方法是將天線直接制備在介質基底上，這樣就導致大量的能量被基底所吸收，因而效率很低。例如，對一般用GaAs介質作基底的天線反射器，98%的能量完全損耗在基底中，只有2％的能量被發射出去，同時造成基底的發熱。利用光子晶體作為天線的基片，此微波波段落在光子晶體的禁帶中，因此基底不會吸收微波，這就實現了無損耗全反射，把能量全部發射到空中。

6、“超材料”中的材料科學與技術 從metamaterial的定義中可以看出，超材料的性質和功能主要來自于其內部的結構而非構成它們的材料。因此，早期的“超材料”研究與材料科學無緣。無論是左手材料還是光子晶體，最早開展研究的都是物理學家，而此后由于可能的應用，一些電子科學家進入了這一領域。而材料學家進入這一領域還是近幾年的事情。

作為世界上較早進入“超材料”領域的材料研究小組之一，本課題組一直致力于將具有特殊性質和功能的材料系統引入超材料結構，以獲得具有更優異的性質或特殊功能的新型“超材料”系統。

事實上，要獲得理想的“超材料”，“材料”的選擇是至關重要的。對于光子晶體材料，人們在實驗上長期追求的目標是實現光頻段的完全光子帶隙。然而，要實現這一目標，在材料中有足夠大的介電常數（折射率）的反差。一般的思路是尋找介電常數盡可能高的介質材料，以獲得和空氣（真空）盡可能大的介電反差。但遺憾的是，現有的材料中難以找到具有足夠高在光頻下具有足夠高介電常數的材料。1999年，我們材料科學的考慮和“逆向思維”的方法，提出了利用超低介電常數材料（即金屬）作為光子晶體介電背景的設想。根據已有的理論，金屬材料在其等離子體共振頻率下介電常數為零。而在等離子體共振頻率附近，其介電常數接近于零。為此我們選擇了銀作為介電背景，銀在可見光范圍的折射率在0.2-0.4左右，且有很好的透光性。我們利用化學過程將銀引入到聚乙烯微球晶體，結果獲得了具有接近完全帶隙的光子晶體。當然金屬結構與光的相互作用還包括表面等離子體與光的耦合作用，這是我們當初設計從來時所沒有考慮的。但我們的工作給了同行以一定的啟發，后來很多人在金屬基光子晶體的理論和實驗上開展了大量的研究工作。金屬基光子晶體作為在光頻上獲得光子帶隙的重要選擇已成為一種共識。

本課題組在這個方面開展的另一項工作是將鐵電體引入了光子晶體，發展出了一種很有應用價值的可調帶隙光子晶體。可調帶隙光子晶體是近年來光子晶體研究領域的一個重要前沿，被認為是未來光子帶隙結構器件走向實用化的主要突破口。2000年，我們在國際上首次提出了基于鐵電相變的可調帶隙光子晶體的基本設計思想并報道了一個演示性的實驗結果。2003年，課題組首次報道了PLZT反蛋白石光子晶體在電場作用下的光子帶隙移動，從而為實現具有實用價值的電場調制鐵電體基光子晶體提供了直接的實驗依據。與前兩類可調帶隙光子晶體相比較，鐵電體基光子晶體具有一些獨特的優點：（1）無機鐵電體基材料具有前兩類材料所不具備的“全固態化”特征，更易于制造成器件并與現有的光電子技術相兼容；（2）無機鐵電體通常在各類頻率下具有很高的介電常數，以其構造的光子帶隙結構更容易形成完全帶隙；（3）鐵電體同時具有更多的調制因素，電場、溫場、應力場等均可誘導出鐵電相變而使其介電常數發生變化，因此鐵電體基光子晶體具有更多的光子帶隙調制方式。因此，鐵電體基光子晶體提供了一種較接近實用化的選擇。最近，日本東京大學和富士通公司推出的國際上首例可實用的二維可調帶隙光子晶體，就是在申請者提出的鐵電基光子晶體的基礎上實現的。

本課題組也還將具有發光性質的材料引入到光子帶隙，試圖通過研究材料在光子帶隙調制下的發光行為，從實驗上找到光子帶隙對材料自發輻射行為的調制，同時發展一些可能有應用價值的新型光子帶隙結構。例如，我們提出了利用了發光材料中的因晶格馳豫引起的斯托克斯位移效應（即由于電子在基態和激發態之間的晶格馳豫所導致的激發能級差高于輻射能級差的效應）和完全帶隙結構實現低閾值全光邏輯元件的模型。在該模型中，利用一種三能級發光中心結構，其中電子從第一激發臺向基態輻射躍遷的光子能量剛好落在光子帶隙內，而由于斯托克斯位移，其基態向激發態躍遷的能量不在光子帶隙內。如果這樣的情況存在，被激發到激發態上的光子將不能通過輻射躍遷回到基態，形成了除基態外的第二個“穩態”。如果在第一激發態能級之上還有更高的能級（第二激發態），而第一激發態和第二激發態的能級差小于基態和第一激發態之間的能級差，則可以通過利用一種能量低一些的光將第一激發態上的電子激發到第二激發態，電子再從第二激發態通過輻射躍遷回到基態。這樣的一種模型給出了具有兩種穩定狀態的系統，而這兩種狀態可以通過兩種不同的波長的光加以“開光”，因此是一種邏輯系統，可以用來實現一種全光邏輯器件。其閾值將比基于光學非線性實現的全光邏輯器件低得多。

由此可見，利用材料科學的原理，把各種功能材料引入“超材料”系統，有可能獲得具有新功能的超材料或器件。

在把功能材料引入超材料系統的同時，本課題組也致力于將先進的材料技術用于超材料的設計與制備。如我們成功利用了低溫共燒陶瓷技術（LTCC）技術制備出了具有緊湊結構的單片集成左手材料。LTCC技術是在多層陶瓷技術的基礎上發展起來的無源電子元件集成的一個重要手段。我們利用了“反傳輸線”的負電磁參數響應原理原理，利用LTCC所提供的在多層結構電感與電容技術，在陶瓷基板上制造出了由反傳輸線結構單元構成的二維陣列。微波測試表明，該材料在一定頻率下呈現出負折射率。

隨著人們對左手材料的研究興趣越來越多的轉向可見光波段，對材料技術的依賴也越來越強。目前，納米技術更成為超材料制備的重要手段。

7、材料科學家的夢想：回歸材料 物理學家提出了超材料，試圖通過理論推測和巧妙而復雜的結構設計來獲得天然結構所不具備的性質。但對于材料科學家來說，他們更希望能夠在常規材料中去尋找超常特性。我們的另一部分研究工作就集中于后者。

事實表明，常規或天然材料中具有超材料的部分性質是可能的。例如，一種產于澳洲，被稱為澳寶（opal的音譯）寶石（天然蛋白石）就具有不完全光子帶隙結構，其顯微結構是由二氧化硅膠體構成的膠體晶體，和我們合成的膠體晶體很相似，正是由于這種帶隙的存在，這種寶石有強烈的反光，且不同角度發射出的光具有不同的顏色。此外，科學家在蝴蝶翅膀、孔雀羽毛以及海老鼠的毛中觀察到了光子帶隙結構，這些結構使本來無色的生物體由于結構的發光而呈現出閃爍斑斕的色彩。

既然大自然能夠制造成復雜的光子帶隙結構，其它的超材料的功能能否在天然材料中找到呢？對偏振光的簡單的負折射現象也很容易從具有雙折射的晶體中獲得。我們都知道，光束由各向同性媒質入射到單軸晶體時，通常會發生雙折射。而當偏振方向位于主截面內的光束以一定角度入射在單軸晶體（光軸與界面成某一角度）界面上時，折射光線和入射光線可能位于界面法線的同側，即發生負折射現象。

基于同樣的原理我們利用了液晶材料的光學各向異性可以通過電場或磁場來調控的特點，提出了一種可調負折射材料，其折射率可以通過施加電場或磁場來調控，可以從正值調到負值。并通過實驗獲得這種性能。然而，上述材料的負折射機制與韋謝拉戈提出的左手材料是不同的，它是由純粹的光學現象所導致。為此，我們也試圖探索基于天然材料的真正意義上的韋謝拉戈物質。對于金屬材料的負介電常數，人們并不陌生－－在等離子體頻率以下，呈現出負的介電常數。

既然金屬材料中能夠產生負介電常數，非金屬介質中是否能夠產生呢？我們的研究結果是，通過介電共振，至少能夠產生“表觀”的負介電常數。在這種材料的基礎上，我們提出了提出一種全新的、無繞線結構的感性元件設計思想－－利用具有表觀負電常數的陶瓷介質構成的電容結構中產生的負電容，在相對簡單的結構中實現感抗功能。由于這類感抗元件不需要復雜的繞線結構，可為感性元件尺寸的進一步降低開辟出一個廣闊的空間。自19世紀法拉弟發現電磁感應現象以來，感性元件被廣泛應用于各類電路中，但一百多年來人們所使用的感性元件都是較為復雜的繞線式結構。該元件改變電感類元件必須通過繞線結構來實現的傳統觀念。另外，利用該材料與能夠產生負磁導率的金屬結構復合，我們也可以觀察到左手材料的特征。

美國科學家最新研制出的納米制造技術可讓自然界中并不存在的“超材料”自我組裝而成。由此得到的“超材料”可具有非比尋常的光學特性，有助于制造能給蛋白質、病毒、DNA（脫氧核糖核酸）等攝像的“超級鏡頭”以及隱形斗篷；而另外一些則具有獨特的磁性，有望在微電子學或數據存儲等領域大展拳腳。

迄今為止，科學家們只能利用電子束曝光系統（一種利用電子束在工件面上掃描直接產生圖形的裝置）等設備在薄層上制造出“超材料”。而康納爾大學工程學教授烏力·韋斯勒領導的科研團隊提出的新方法則可使用化學方法讓嵌段共聚物自我組裝成納米結構的三維“超材料”。

聚合物分子鏈接在一起會形成固體或半固體材料。而嵌段共聚物則由兩個聚合物分子的終端鏈接在一起形成，當兩個聚合物分子的終端完全相同時，它們會鏈接形成一個相互關聯的、具有重復幾何形狀（比如球形、圓柱形或回旋形）的圖案，組成這些重復圖案的單元可能小至幾納米寬。這些結構形成之后，兩個聚合物中的其中一個能被溶解，留下一個三維模型，可將金屬（一般是金、銀）填充于其中，另一個聚合物隨后會逐漸消失，留下一個多孔的金屬結構。

在最新研究中，科學家們希望制造出光能通過其中且具有能與光相互作用的納米特性的金屬回旋物。科學家們表示，他們隨后能利用這些金屬回旋物設計出具有負折射率（能讓光在相反方向彎曲）的材料，由這樣的材料制成的“超級透鏡”能給如蛋白質、病毒和DNA等比可見光波長更小的對象攝像。此前，已有實驗制造出了類似的透鏡，但沒有一種能在可見光范圍內工作。

研究小組使用計算機制作出了幾種由共聚物自我組裝而成的金屬回旋物模型，并計算出了當光通過這些材料時的表現。他們得出結論稱，在可見光和近紅外線范圍內，這樣的材料可能有負折射率；而且，折射率的大小可通過調整這些超材料重復屬性的大小來控制，而通過修改自我組裝中用到的化學方法可調整重復屬性的大小。

他們假定金屬結構由金、銀或鋁制成并逐一進行了計算實驗，結果發現，使用銀時才能獲得滿意的結果。科學家們表示，他們正在讓這些能在可見光范圍內工作的超材料變成現實。

第二篇：負稅率

稅負率是指增值稅納稅義務人當期應納增值稅占當期應稅銷售收入的比例.稅負率＝應交稅金/銷售收入（銷項稅金-進項稅金/銷售收入）*100%

序號 行業平均稅負率 1 農副食品加工 3.50 2 食品飲料 4.50 3 紡織品(化纖)4 紡織服裝、皮革羽毛（絨）及制品 2.91 5 造紙及紙制品業 5.00 6 建材產品 4.98 7 化工產品 3.35 8 醫藥制造業 8.50 9 卷煙加工 12.50 10 塑料制品業 3.50 11 非金屬礦物制品業 5.50 12 金屬制品業 2.20 13 機械交通運輸設備 3.70 14 電子通信設備 2.65 15 工藝品及其他制造業 3.50 16 電氣機械及器材 3.70 17 電力、熱力的生產和供應業 4.95 18 商業批發 0.90 19 商業零售 2.50 20 其他 3.50

企業稅收負擔率的測算分析

稅負率差異幅度＝[企業稅負率－本地區同行業平均稅負率（或上年同期稅負率）]÷本地區同行業平均稅負率（或上年同期稅負率）×100% 將測算的企業稅負率與上年同期、同行業平均稅負率相比，如稅負率差異幅度低于-30%，則該企業申報異常。

（二）企業銷售額變動率的測算分析

當月應稅銷售額變動率=（當月應稅銷售額-上月應稅銷售額）÷上月應稅銷售額×100%，累計應稅銷售額變動率=（本期累計應稅銷售額-上年同期應稅銷售額）÷上年同期應稅銷售額×100% 累計應稅銷售額變動率或當月應稅銷售額變動率超過50%或低于-50%，應將應稅銷售額和應納稅額進行配比分析，以確定該企業申報是否異常。

（三）企業銷售成本變動率與銷售額變動率的配比分析

銷售成本變動率=（本期累計銷售成本-上年同期累計銷售成本）÷上年同期累計銷售成本×100%，銷售額變動率=（本期累計銷售額-上年同期累計銷售額）÷上年同期累計銷售額×100% 企業銷售成本變動率與銷售額變動率的差異額=銷售成本變動率-銷售額變動率 如果企業銷售成本變動率與銷售額變動率的差異幅度超過各地設定的正常峰值，該企業申報異常。

（四）企業零負申報異常情況分析（考慮留抵稅額增長比例）

（五）進項稅額構成比例分析

進項稅額構成比例=當期非增值稅專用****抵扣憑證抵扣進項稅額÷當期抵扣的全部進項稅額×100% 利用上述公式測算的結果如果連續兩個月大于60%（特殊行業除外），該企業申報異常。

（六）增值稅專用****開具金額變化分析

專用****開具金額變動率=當期申報的專用****開具金額÷上期申報的專用****開具金額×100% 利用上述公式測算的結果如果大于1.5或小于0.5，該企業申報異常。

對小規模納稅人來說,稅負率就是征收率:商業4%,工業6%,而對一般納稅人來說,由于可以抵扣進項稅額,稅負率就不是17%或13%,而是遠遠低于該比例,具體計算: 稅負率=當期應納增值稅/當期應稅銷售收入

當期應納增值稅=當期銷項稅額-實際抵扣進項稅額

實際抵扣進項稅額=期初留抵進項稅額+本期進項稅額-進項轉出-出口退稅-期末留抵進項稅額

注:1 對實行“免抵退”的生產企業而言,應納增值稅包括了出口抵減內銷產品應納稅額 通常情況下,當期應納增值稅=應納增值稅明細賬“轉出未交增值稅”累計數+“出口抵減內銷產品應納稅額”累計數

為了便于理解，必須將稅負率的計算公式進行一下轉化，主要針對當期實際入庫增值稅稅款的變化：

銷售成本=本期存貨增加+期初庫存-期末庫存

本期存貨增加=銷售成本—（期初庫存-期末庫存）

本期實際納稅=銷項-進項

=本期銷項-本期進項-上期留抵

=本期銷售收入*17%-本期存貨增加*17%-雜項抵扣-上期留抵

=本期銷售收入*17%-[銷售成本—（期初庫存-期末庫存）]*17%-雜項抵扣-上期留抵

=本期銷售毛利*17%+（期初庫存-期末庫存）*17%-雜項抵扣-上期留抵

其中雜項抵扣主要指運費抵扣，低值易耗品抵扣，勞保用品抵扣等

評估過程中，企業面對的問題一般都會是稅負率差異這個結論，特別是稅負率低，如何來理解呢： 1.稅負異是必然的

由于目前稅負率同比同行業稅負率是通過采集全國重點稅源戶管理系統的數據采集而來的，同時由于采集計算需要一個時間過程，所以在時間上有一定的滯后，由于對比的企業在行業的地位和時間滯后，所以比較有一定的狹隘性，結合企業在市場的地位，企業經營的規模，產品差異性等情況的存在，各企業存在天然的稅負差異性，也就是稅負率差異是必然的，同時由于市場會出現波動，所以稅負率在周期上有一定的波折，也就是稅負存在周期性的變化。

2.稅負正確與否其基礎是會計核算正確.稅負計算是依據會計資料，由于借貸記賬方法的核算優勢，企業的稅負計算都是正確的，除非其會計核算錯誤，稅負低的情況一定通過檢查會計資料能夠找到理由。

通過上面的分析我們得出結論，純粹的稅負率比較低都是正常的，是不是稅負率一點用處沒有呢？確實如果僅靠稅負率的評價，確實無法進行認定，有效的納稅評估必須結合企業的其他資料，如會計核算資料進行判斷。這里又提到了稅負率的計算基礎，即會計核算資料，所以會計核算資料的正確性，成為泄露天機的重要突破口。

通過一定的模式，分析方法，可以對企業真實的經營情況進行認定，從而對稅負低的背后真實經營情況有一定的判斷，由于評估的職能局限性，一般主要采取以下兩個方面進行：

一方面通過對包括會計報表，審計報告等會計報告資料分析，另一方面稅務人員會結合詢問，采用倒算的模式對企業的納稅情況進行判斷，即以支定收的模式，比如從不涉及抵扣支出項目出發，包括房租，人員工資，招待費用等，這些項目必須毛利進行補償，而毛利直接關系到當期稅收。

通過上面的分析，企業如果要真正面對納稅評估關鍵稅負的評價，必須加強會計核算，人為的稅負率控制，反而是欲蓋彌彰。

第三篇：輕負高質材料

我是一名信息技術教師，我們都知道信息技術課是一門新興的學科，課程的教學體系架構還沒有完善，并且作為一門非基礎學科，它的課時較少，一般每周只有一節課，課時少，事必會造成學生的知識連貫性較差，遺忘性較強。關鍵還有現在計算機的教學方式是僵化的，缺少變化；教學過程是固定的，模式如一；教學內容是枯燥的，缺乏生動感；教學針對性不強，搞一刀切。無論老師如何口若懸河，多么善于啟發，學生在接受過程中，早已厭倦了這種完全拼板式的課堂教學。針對目前計算機學科面臨的實際情況，要提高計算機教學質量，關鍵是把握課堂四十分鐘，提高課堂教學效率。因此只有通過改革課堂教學模式，優化教學過程才能提高計算機課堂教學效果，實現輕負擔，高質量的教學。

我的理解“輕負擔，高質量”應該包括兩方面內容：老師的“教”與學生的“學”都要講究“輕負擔高質量”。老師以減輕學生負擔為契機調動學生的主觀能動性，讓學習成為學生的一種需要，成為他們生活的一種樂趣，那么“高質量”必定是必然結果。下面就我在課堂教學中實施“輕負擔，高質量”的教學措施進行如下總結：

一、興趣引導，提升課堂教學效率。興趣是誘發學生學習動機，調動學生學習積極性，自覺控制注意力的重要因素。作為個性心理特征之一的興趣，是一個人力求認識某種事物和愛好某種活動的特殊傾向。教師在教學中要有意識的激發，不斷培養學生學習計算機的興趣。以便學生達到善學、好學、樂學的目的。

例如，在教學信息技術文字處理軟件的用法時，如果單從理論上講，照本宣科，單調枯燥，我們自己講得口干舌燥，學生實際操作應用起來還是不知怎樣用，怎樣做，費時費力，學生覺得沒用，枯燥無味，興趣全無。因此就要求我們老師要少講、精講，設計各種與實際生活相關的實例，引導學生利用課堂所學的知識完成相關實例的制作，在做的過程中去掌握方法和技巧，這樣理論與實際相結合，學生的學習興趣高漲，積極性越來越高。例如我在教學這部分內容時，設計了一個讓學生感到比較有興趣的一個任務，讓每位同學給自己設計一張名片，最后給印出來，看誰的最吸引眼球。名片是日常生活中常用到的，加上學生都有一種好奇和好勝心理，為了讓自己的名片美觀大方，必須努力去掌握基本方法和技巧，同時充分發揮自己的想象力和創造力去設計、去美化，所以課堂上氣氛非常活躍，積極性非常高，學生上課的積極性認真程度都提高了，每個同學都運用各種所學的方法，努力將自己的名片設計成不拘一格的作品，真正把課堂上所學的東西與實踐相結合。

興趣是最好的老師，讓學生體驗更多的成功，讓更多的成功帶來興趣，讓成功---興趣---成功成為一條規律。再比如：在講制作演示文稿的時候，我把學生做的較好的作品保留起來，讓其它的學生互相傳閱，讓學生互相學習，成果好的介紹操作方法，這比老師在堂上講的效果要好很多，而且學生在無形中得到了鍛煉。如果我們在課堂教學中，能根據相應內容精心組織設計安排，不斷激發，培養學生學習的積極性，最后學生肯定有興趣去學習，并且樂意去學。

二、任務驅動，優化課堂教學 任務是課堂教學的“導火索”，是問題提出的表現。通過創設問題情境，把所要學習的內容巧妙地隱含在一個個任務主題中，使學生通過完成任務達到掌握所學知識的目的。因此在使用“任務驅動”教學時，教師應首先向學生布置本階段、本單元、本課程的學習任務，要求學生帶著要完成的任務或帶著要解決的問題去學習。以探索問題來引起和維持學習者的學習興趣和動機。

例如，在幻燈片演示文稿制作的學習中，如果老師單純的照本宣科，演示講授這部分內容，學生不會感覺到演示文稿的重要作用，因此我們可以結合學校組織的各種活動，設計豐富多樣的任務。比如我在教學幻燈片演示文稿的制作時，就結合了全國中小學電腦制作活動的相關內容。在學習幻燈片演示文稿之初，就向學生介紹全國電腦制作活動的相關情況，并將歷年來在全國獲獎的優秀電子報刊作品播放給學生看，并詳細介紹各個作品中的亮點，使學生對電子報刊制作有了初步的了解，并進一步加深了學生學習幻燈片制作的愿望。然后在課堂教學中適時的布置各類任務給學生，例如先讓學生分小組確定好本組的電子報刊主題，然后設計制作電子報刊的封面、目錄以及與主題相關的內容，然后在課堂教學中引導學生利用課堂學習的知識逐步完善電子報刊，過一個階段，每個小組把自己的電子報刊作品展現出來，讓全體師生共同鑒賞，評比出作品的優劣，指出作品中的亮點及不足，再適時引導學生對作品進行修改完善，最終每個小組都能比較圓滿的設計出有特色的電子報刊作品。這樣學生結合實際的活動，配合各種各樣的任務，于不知不覺中逐步提升學生的信息技術素養。

在教學過程中，教師要激發學生的好奇心和求知欲，鼓勵學生主動思考，勤學好問。因為每個學生都蘊藏著無限的潛在創造力，普通人和天才之間沒有不可逾越的鴻溝，問題是缺少一把打開這座神秘宮殿的鑰匙。老師要把學習的主動權交給學生，要多給學生一些思考的機會，多一些活動的空間，多一些表現的機會，多一份創造的信心，多一些成功的體會，驅使學生向無數次的成功前進。

三、小組協作，培養學生合作學習能力

實踐操作是我們信息技術學科教學的一大特點，也是一大優勢，這是因為：實踐操作能使學生手腦并用，由理論到實踐，在直觀形象的實踐操作中不斷能加深對事物規律性的認識，而且易于形成生動、活潑、輕松、快樂的學習氛圍。為取得良好的課堂效率，創造了條件，據問卷調查，學生最想的地方是機房，課堂氣氛最活躍的也是機房。

但在計算機機房上課如果組織處理不好，可能也達不到預期的效果。學生進入機房后往往比較興奮，有的吵吵鬧鬧，有的不認真聽講，自己在計算機上胡亂操作一番，課堂有時很難組織起有效的教學。通常一位老師上課，要輔導五十多位學生，結果機房一片混亂，學生上機是一無目的，二無任務，三無步驟，隨心所欲亂做一氣，一節課下來，仍然是茫然一片，不知所獲，沒有任何效果。

為了解決這樣的問題，我在機房上課的過程中將學生進行了合理分組，把相鄰的機器分組，然后根據學生的認知水平再將學生合理分配到每組機器上去，每個小組都有不同任知水平的學生，每個小組再選一名信息技術素養比較好的學生提任小組長，在學習過程中由小組長輔助教師完成本小組成員的學習，小組成員在學習的過程中遇到問題，可以先請教小組長，由小組長及小組成員共同協作解決，如果不能解決再由教師進行適時點撥輔導，幫助解決問題，這樣一來小組成員合作學習，既培養了學生的自主合作學習能力，又節約了課堂時間，讓學生有更多的自主學習的時間，提高了課堂教學效率。

四、興趣小組，拓展學習空間

我們學校一直以來有個傳統，就是利用每周二、三、四下午的活動課組織各類活動小組，旨在加強學校的素質教育建設，培養學生的各種特長，各種活動小組本著學生自愿報名，擇優選取學生的原則，加強學生的各類特長培養。

在此基礎上我們成立了信息技術活動小組，從開設信息技術課的班級中本著學生自愿的原則選取三十名左右的學生參加活動，所選取的學生一般都是對信息

技術比較感興趣，并且有一定的信息技術基礎。對這部分學生每個學期我們都制訂一個系統的輔導計劃，主要培養學生在電子報刊制作、網頁制作、動畫制作等方面的特長，進一步加強學生的信息技術素養。這部分學生經過活動輔導，信息技術素養得到了質的飛躍，在電腦制作方面表現尤為突出。這部分學生在平常的信息技術課堂上，更是起到了帶頭的作用，在課堂上表現更為積極，時常協助老師幫助其他基礎相對較弱的同學，將他們在活動課上學到的知識毫無保留的共享，為其他同學樹立了學習的榜樣，提高了課堂教學效率。

五、下一階段應注意的問題

通過這一個階段的研究，在“輕負擔、高質量”課堂教學上取得了一些微不足道的成績，但“輕負提、高質量”并不是一朝一夕的是，而是一個長遠的、連續的過程，在下一階段的研究過程中應該注意如下問題：

1、潛心鉆研如何提高教學效率。加重自己的負擔，繼續向課堂40分鐘要質量。引導學生而不是牽著學生走；“授之以漁”而不是“授之以魚”，教給學生方法，讓他們自主學習。

2、讓學生成為課堂的主人。在課堂上，要創造條件，造成學生總是想在老師的前面，向老師（包括課本）挑戰，讓學生在思維運動中訓練思維，真正成為課堂的主人。

3、營造良好的師生關系。古語說“親其師而信其道”，教師對學生的愛和學生對教師的敬重應組成一個良好的教學、學習氛圍，這時，不管干什么，大家都不累，也更能提升學生的學習動力。

“輕負擔、高質量”，是我們每個教師永遠追求的目標，它只有起點，沒有終點。如何在信息技術課堂中更好的實施“輕負擔、高質量”的教學，需要我們每個信息技術教師都認真地加以思考，切實把信息技術課堂做成一個“輕負高質”優質課堂。在實現“輕負高質”課堂的道路上，我的工作做得還很不夠，我決心不斷努力，不斷爭取新的成績、新的進步。

“輕負擔、高質量”

王書興信息技術課堂任務驅動教學法研究

工作匯報

昌樂縣實驗小學

王書興

第四篇：輕負高質材料

昌樂縣實驗小學

張麗娟

張麗娟“練中學練后講”數學教學法

從事小學數學教學十幾年來，我一直堅守在教學第一線，并一直致力于課堂教學方面的研究，針對當前數學課堂教學中存在的主要問題，在進行了深入的探討和研究后，總結出來了一套有利于減輕學生負擔，提高教學質量的教學模式——“練中學練后講”教學法

一、“練中學練后講”教學法的教學策略

所謂“練中學練后講”教學法，就是在學習新知識時讓學生首先獨立解決嘗試題，在練習中自己尋求解決問題的辦法，最后由老師引導學生點撥、概括，總結出規律。“練中學練后講”教學法的理論依據是充分運用知識的遷移規律，在學生原有的認知發展水平上，從已有的知識經驗出發嘗試解決新問題。其突出特點是：以教師為主導，以學生為主體，以練為主線，以自學為核心。簡單地說大致分為“自主嘗試”、“合作探究”、“獨立解答”、“適當點撥”四個步驟。其基本的教學策略主要體現在以下幾個方面：

（一）注重學生嘗試學習能力的培養。

在教學中，我首先讓學生獨立解決嘗試題，在嘗試中發現問題，并通過自學與合作交流的形式來解決出現的問題。學生本身就有一種“不教自明”的直覺能力，嘗試練習正是直覺思維的運行過程。這種教學法是根據學生的思維特點，改變問題的呈現方式與解決問題的方式，順著學生的思維過程來展開教學。

（二）注重教師的正確引導。

合作探究強調學生自主學習，自主學習不等于自由學習，要發揮好教師的主導作用，而教師的主導作用也正是體現在如何最大限度地發揮學生的主體作用，以保證探索的方向和成功的概率，這兩者相輔相成，缺一不可。

（三）注重學生相互之間的互動協作交流。

一個人的發現是有限的，當大家共同進行嘗試后，解決問題的方法就多了，從而也就可以從中找出解決問題的最優方法，這正是我們所需要的，也是我們教學的一個主要目的。

（四）注重學生的個性差異。

每一個學生都是一個活生生的人，是一個在各方面多多少少存在差異的個體，在教學中，當學生形成或產生不相同的觀點甚至于錯誤的觀點時，要允許他們存在這種差異性，教師不能把自己的觀點強加于學生，達到求大同存小異。

二、“練中學練后講”教學法的具體做法

（一）學生自主嘗試

解決一個數學問題，一般應該先創設問題情境，在情境中讓學生明確要解決的數學問題是什么，也就是讓學生明確要干什么。數學課本的編排受到時間、地域等一些客觀條件的限制，教學內容所呈現的方式、方法不一定十分符合當前形式和需要，教師可以根據所講授的內容，自行編排貼近學生生活實際易于激發學生學習興趣的嘗試題，嘗試題的結構類型盡量與例題相似。每個孩子都有強烈的求知需要，對于感興趣的問題，他們會積極地調動各個感官，努力想出各種辦法解決問題。

人教版數學課本第六冊中有一道例題：一個商店運進4箱熱水瓶，每箱12個，每個熱水瓶賣6元，一共可以賣多少元？

我是這樣處理的，新課開始，教師先運用一些鼓勵性語言，激發學生的學習興趣：“老師在生活中遇到了一個數學問題，想請同學們幫個忙，咱們比一比看我們班哪些同學肯動腦筋，善于思考。”接著出示嘗試題：

學校舉行運動會要為同學們準備獎品，計劃買5盒鋼筆，每盒10枝，每枝4元錢，一共需要多少錢？

出示嘗試題后，首先給學生留下足夠的思維空間，讓學生自己去嘗試解決問題，部分優等生根據已有的知識經驗，完全可以獨立完成。這樣做極大地滿足了部分學生的表現欲望，有利于讓學生從小養成遇到問題不畏懼、不退縮敢于嘗試的精神，在多次體驗嘗試成功給學生帶來的喜悅后，他們會信心大增。當然，這種嘗試練習開始可能只有少數優秀生能夠自行解決，大部分學生會搖頭，感到困惑，抓住學生想急于尋求答案的心理，教師引導學生轉入下一步。

（二）小組合作探究

嘗試練習后，自己能夠解決的同學感到滿足，急于表達自己想法的愿望非常迫切。而那些沒能解決的學生產生了好奇心，想急于找到解決問題的途徑，這時小組內交流探究嘗試題就成為學生自身的需要。

交流前，教師可適當提示，引導學生思考。像上面的嘗試題可給出這樣的提示：“我們在解決這類問題時可以這樣想，要求一共需要多少元？可以先求什么？再求什么？”這種簡單的提示讓優秀生對算理理解的更加明白、透徹，講解時思路更清晰，交流又一次為優秀生提供了表現的機會，算理在討論交流中逐漸明晰起來。

這種帶著問題的自學探究，目標明確、要求具體、效果好，可以極大地調動學生學習的積極性。這一環節在教師適當的提示和引導下，經過獨立思考和交流，大部分學生能從中得到啟示，初步感悟出解答這類應用題的方法，再解決課本的例題對大部分學生來說已經成為輕而易舉的事情，這時轉入下一步，獨立解決例題。

(三)學生獨立解決問題

在幫助老師解決了實際問題后，學生那種欣喜的心情依然高漲，同時對這類問題的解決辦法也有了較為清晰的認識，教師就順水推舟讓他們獨立解決課本提出的問題（例題），這一環節重點是檢查中下游學生對這類問題的掌握情況，可讓中下游的學生板演，同時指名多讓他們試說算理，以便及時查漏補缺，真正明白這種兩步計算的應用題應該先算什么，再算什么。這一過程有利于發展學生的數學語言表達能力和分析推理能力。對于極個別仍有困難的學生，還需老師的點撥、講解和總結，于是順理成章的進入第四步。

（四）教師適當點撥

這里教師的點撥同過去的滿堂灌式的講解不同，不是什么都從頭講起，因為現在學生通過自主嘗試、小組交流討論和獨立解答例題這三步，對本節課所要解決的問題已經有了一定程度的認識，因此教師只針對少數理解不夠深刻，或有分歧的地方，或者是重點的地方，再給以適當的點撥、總結便可。比如說，對于上面的應用題，教師還需要進一步引導學生總結解答兩步計算的應用題的解題步驟。最后這一步，可以確保學生系統掌握知識。

以上幾步，從提出問題，引導學生嘗試解決問題，到最后畫龍點睛的點撥、總結，不是固定不變的，應該根據具體情況而靈活掌握。當然這種模式也不是適合所有課型，像計算題、應用題比較適合，對于前后有密切聯系的內容教學效果較好。

三、取得的成效

“練中學練后講”教學模式實施幾年多來，其效果初見端倪，學生學習熱情空前高漲，教學質量顯著提高，具體概況為三點。

（一）增強了學生的自信心。好奇、好勝是少年兒童的普遍心理，面對貼近生活實際又帶有解決問題性質的嘗試題，學生總有一種“試一試”的強烈愿望。利用嘗試題的示范作用、教師的主導作用、學生討論的相互作用，大多數情況下有80%以上的學生嘗試成功。嘗試成功帶來極大的內心喜悅，使學生從小就相信自己具備研究、發現的能力，從而提高自信心，這是素質教育中最重要的成份。

（二）真正達到了“教是為了不教”的目的。記得大教育家葉圣陶曾說過：教是為了不需要教。從這個意義上說，教學的根本任務就在于教會學生自己學習，教學生會學習。經過這種先嘗試——再探究——重嘗試——最后總結規律的有效訓練，學生逐漸養成了良好的學習習慣，在培養自學能力、探究能力的同時，也提高了分析問題和解決問題的能力。這之前面對新問題學生能獨立解決的不足10%，采用這種教學模式一年后，遇到新問題現在已有45%的學生能自行解決，真正實現了“教是為了不教”的目的。

（三）有利于減輕學生課外作業負擔,大面積提高教學質量。運用“練中學練后講”教學法后,教師講解時間減少,學生練習時間增多,95%的學生作業基本上能夠在課堂里完成。由于作業在課堂里完成,教師就有可能在課堂內巡回輔導,并重點輔導學困生。學困生在課堂里做作業,有一個安靜的環境,能安心練習，認真思考，遇到困難可以及時向老師請教。

（四）這種教學方法的運用使自己很快成長起來。近幾年，我先后獲得昌樂縣素質教育先進個人、昌樂縣優秀教師、昌樂縣數學能手、濰坊市數學教學能手等榮譽稱號；主持或參與多項課題研究，分別被濰坊市教育科學規劃領導小組辦公室、濰坊市電教館、山東教科所等單位鑒定結題；發表文章20余篇；所研究的“練中學練后講教學法”曾獲得濰坊市第一屆政府成果獎。

第五篇：學 生 減 負

小 學 生 減 負

對小學生“減負”，我舉雙手贊成！

減負：聽上去有點可笑。主要原因：家長和老師對孩子的希望（望子成龍）。家長對孩子（望子成龍）:1是孩子長大以后有出息 2是滿足自己的虛榮心； 老師對孩子（望子成龍）：1是對家長 孩子 自己有個交代 2當然不希望自己下崗 所以她們忘了孩子身上的書包有多重。我們孩子在重重壓力下，還能有童年的樂趣嗎？考試的重壓導致學生課業負擔過重，以致部分學生厭學情緒很嚴重，學習被動，成績下滑。一旦成績不好，學校、家長為了夢寐以求的高成績就會加倍增加練習次數，增加作業量，進行題海戰術，以此來提高成績，小學生課業負擔也隨之越來越重。長此以往就形成惡性循環，負擔是越加越重，越重越加。嚴重影響了青少年的身心健康。中央電視臺在北京市曾做過一個調查：現在的小學生有60%都不喜歡上學，認為上學很苦、沒意思。但又不能不上，這個比例不正顯示了課業負擔過重帶來厭學的惡果嗎？對小學生“減負”，減輕了我們學生的課業負擔，多了玩的時間、多了能夠受自己支配的時間，這是好事呀！

我只要一想到孩子未來的前途和出路，應試教育制度眼下又不會變，就只能硬起心腸‘添磚加瓦’。如今社會到處都在談論減負這個話題，有許多人提倡它，也有許多人反對它。之所以有人反對它，是因為人們不完全了解它。上面減負，下面各級學校只好照辦，于是學生們的作業沒了，在校時間短了，游戲時間長了，這樣做必然會導

致一些學生成績下降。孩子們的成績下降了，家長們自然不同意，自然會將責任推到減負的頭上了，從而有些家長們反對減負了。

為了每個孩子身心更愉快健康地成長，讓我們一起努力吧！