从光学显微镜到电子显微镜的转变代表着现代显微成像技术的重大进步，其中德布罗意波或量子粒子起着至关重要的作用。现有的操纵量子粒子的方法主要是基于电场、磁场和光场，通常需要庞大而复杂的仪器设备。近年来，二维的人造材料即超表面被广泛地研究用于控制经典波（电磁波和弹性波）的传播。例如，运用光学相位梯度超表面可以实现反常折射/反射、光学聚焦、光学全息显示等。然而，对于德布罗意波或物质波，对应的人造材料却未见报道。这与物质波的透射特性有关。在光学方面，由于表面等离极化激元的激发，亚波长的穿孔金属膜可以支持增强光学透射效应。但是，物质波通过亚波长小孔的主要传播方式为隧穿，其透射效率非常低下。虽然表面势阱和表面物质波的引入可以增加物质波的透射，但系统将变得复杂并且透射峰异常狭窄。另一方面，在由金属纳米天线组成的光学超表面中，电磁场能够穿透金属并驱动等离激元共振，从而产生相移能够覆盖360度的辐射光。相比之下，物质波却难以获得类似的效果。

最近，集团本科生肖惋月同学提出并理论研究了一种德布罗意波超表面，该超表面可以同时控制物质波的透射幅度和相位，进而对物质波的波前进行整形。该超表面由单层介电薄膜构成，上面刻有周期或梯度的亚波长狭缝。这些亚波长狭缝可以看作为人工的超原子，它能调节入射粒子的等效势能，从而改变粒子的运动行为。研究发现，在瑞利异常和波导模式共振处，这种超表面可以获得带宽较大且效率接近100%的物质波透射。此外，通过调节超原子的等效势能，可以实现物质波透射相移的360度全覆盖。在此基础上，文章构造了一种平面的、基于环形狭缝的梯度表面超透镜，理论揭示了这种物质波超透镜的高效亚波长聚焦效应。该物质波超表面在亚波长分辨率成像、光刻、全息等领域可能具有一定的应用价值。

相关工作以“Metasurfaces for de Broglie waves”为题发表于Physical Review B [104, 245429 (2021)]。集团17级本科生肖惋月同学为该文的第一作者（现于香港城市大学攻读博士学位），黄成平老师为文章的通讯作者。该工作得到国家自然科学基金的支持。

文章连接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.104.245429