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CN113249700B - 一种具有红外高折射率低色散的超材料及其制备方法 - Google Patents

一种具有红外高折射率低色散的超材料及其制备方法 Download PDF

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CN113249700B CN202110591053.5A CN202110591053A CN113249700B CN 113249700 B CN113249700 B CN 113249700B CN 202110591053 A CN202110591053 A CN 202110591053A CN 113249700 B CN113249700 B CN 113249700B
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Abstract

本发明公开一种具有红外高折射率低色散的超材料，包括金属纳米线阵列和介质层，金属纳米线阵列垂直嵌入到介质层；金属纳米线阵列由多个金属纳米线组成，金属纳米线直径不小于2nm，长度与介质层厚度相同，金属纳米线之间的间距为1‑6nm；金属纳米线在所述超材料的体积百分数为5％‑50％；介质层为半导体或陶瓷介质。该超材料具有较高的折射率和较低色散，本发明还公开了一种具有红外高折射率低色散的超材料的制备方法，包括：预处理衬底；选取金属，陶瓷或半导体分别作为共溅射靶材，进行多靶磁控共溅射，同时施加等离子体轰击辅助，制得金属纳米线阵列‑陶瓷或半导体复合层超材料。该制备方法操作简单、高效。

Description

一种具有红外高折射率低色散的超材料及其制备方法
技术领域
本发明属于光学薄膜(纳米材料)领域，具体涉及一种具有红外高折射率低色散的超材料及其制备方法。
背景技术
折射率与材料的电磁特性密切相关，尤其对于高折射率材料，在器件的微型化以及提高成像分辨率等方面都有着关键作用，然而在可见光至近红外范围内，天然透明材料的折射率普遍被限制在4以内，这大大限制了材料在纳米成像、集成光学等新型光学领域的应用。另一方面，常见材料的折射率会随着入射光波长的不同而变化，所产生的色散会引发难以消除的剩余色差问题，给镜头等光学元件的设计带来了十分不利的影响。所以，获得一种兼具高折射率、低色散的材料对于纳米光学、超分辨成像以及光学元器件的微型化等方面都有着迫切的需求。
二十一世纪初以来，超材料的迅速发展给予了研究人员自由调控材料光学性能的新思路，成为跨越折射率限制的最佳途径。其中，获得高折射率的关键在于提高介电常数ε和磁导率μ，抑制材料的抗磁响应。超材料是具有亚波长尺度的人工周期结构，可以方便地调控材料自身的折射率，与此同时，在共振波段外，由于超材料单元的尺度要远小于金属的趋肤深度，因此，此时的超材料的吸收可以忽略不计，所带来的色散效应也大大减小。通过周期工字形金属阵列(两个金属平面间通过经过质心的直线相连)密排，可以在太赫兹波段获得高折射率特性。其原理在于，当电磁波与周期结构相互作用时，会在邻近单元结构表面激发等量极性互异的电荷，引发电容耦合效应，增强局部极化强度P(ε＝1+P/ε0E)，最终提高材料的介电常数。另一方面，需要通过减小某一维度的厚度来抑制单元结构内循环位移电流带来的抗磁效应，可使磁导率μ尽可能地接近1。获得高折射率超材料，需要同时兼顾单元间的强电容耦合及单元结构的优化，这给超材料的大面积可控制备带来了挑战。
公开号为CN209249703U的中国专利文献公开了一种基于环型结构和双工字型结构的微波高折射率超材料。该专利所述的单元由两个垂直分布的工字型铜金属构成，金属之间由介质层隔开。通过数值仿真及电磁参数提取，计算所得的等效折射率的值在6.55GHz～10.32GHz频段内为27左右，且表现为低色散性。公开号为CN103941316A的中国专利文献公开了一种偏振不敏感的太赫兹高折射率超材料及其制备方法。该专利利用电子束真空蒸镀和光刻法，制备的超材料结构单元为嵌入在介质材料中的两个垂直对称设置的工字型金属材料。该单元在平面上呈周期性排布，形成单层的二维超材料。所得到的超材料在1THz处折射率峰值为60，高于2THz时折射率保持在20左右。尽管通过这些工字型超材料可以在微波和太赫兹波段获得非常高的折射率，然而对于可见至近红外等较短波长难以适用，这主要是由于结构单元的尺寸太大，同时自上而下的光刻工艺难以实现纳米级的间隙，超材料的高折射率特性向可见及近红外波段拓展仍然面临着巨大障碍。
近年来，通过胶体溶液自组装的方法制备金属纳米立方或颗粒超材料阵列，在高频可见光及红外波段，实现材料高折射率的研究(Huh J H,Kim K,et al.Exploitingcolloidal metamaterials for achieving unnatural opticalrefractions.Adv.Mater.,2020,32:2001806；Doyle D,Charipar N,Argyropoulos C,etal.Tunable Subnanometer Gap Plasmonic Metasurfaces.ACS Photonics,2017,5:1012)获得了密切关注。具体该方法可以实现纳米量级的粒子间隙，大大增强了金属纳米单元间的电容耦合效应，所获得的超材料结构有效折射率最大值可达到6以上，且在中远红外大于4.3并保持低色散特性，高于红外高折射率材料锗的4.0。大规模制备难且工艺复杂。
因此如何简单高效地获得高频段(可见-红外)高折射率、低色散超材料成为目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种具有红外高折射率低色散的超材料，本发明还提供了一种具有红外高折射率低色散的超材料的制备方法，该方法操作简单高效。
一种具有红外高折射率低色散的超材料，包括金属纳米线阵列和介质层，所述金属纳米线阵列垂直嵌入到介质层；
所述金属纳米线阵列由多个金属纳米线组成，所述金属纳米线直径不小于2nm，长度与介质层厚度相同，所述金属纳米线之间的间距为1-6nm；
所述介质层为半导体或陶瓷透明介质；
所述的金属纳米线在所述超材料的体积百分数为5％-50％。
所述超材料中的金属纳米线的直径、长度以及纳米线之间的距离均可通过实验条件的调整来调控。根据有效介质理论可知，复合结构的光学特性为各微观介质集合的平均作用。对于沿法线入射的电磁波，其极化方向均与纳米线轴向垂直，表现出各向同性性质，对于沿法线入射的电磁波，其极化方向均与纳米线轴向垂直，表现出各向同性性质，且合适的金属纳米线间的距离，产生较强的电容耦合作用，获得较高的极化强度，材料介电常数的提升明显。同时，由于金属纳米线阵列结构的尺度均在纳米量级，可以有效地抑制抗磁响应，使得该材料折射率的调控能力进一步增强。
对于折射率的调控主要源于所述超材料中的微结构几何参数，即金属纳米线的尺寸与间隙，以及半导体或陶瓷介质材料的介电常数。其中，复合层中金属纳米线的体积百分数是纳米线间电容耦合建立和调控的关键所在，体积百分数越大，线间距越小，则电容耦合越强，对应折射率也就越高，而半导体或陶瓷介质的介电常数决定了复合膜折射率的起始值大小，更重要的是能进一步显著提高纳米线间的电容耦合效应。另一方面，得益于金属纳米线直径远小于块体金属的趋肤深度，在微米级红外光入射下，非谐振下该体系的损耗几乎可以忽略，同时，由于入射波长与纳米结构单元间的尺寸差异巨大，因此该体系可以呈现宽带低色散的优势。特别地，为了削弱高折射率超材料与衬底的失配问题，更方便地对材料的光谱信号进行检测，对所选取样品中金属纳米线的体积百分数进行了一定的限制，进一步的，所述的金属纳米线间距为1-5nm，直径为3-7nm，金属纳米线在所述超材料的体积百分数为10％-30％。所述金属纳米线的长度为150-300nm。
所述超材料的选材广泛，所述的金属纳米线为金、银、铂、铜、铝中的任一种，所述的半导体透明介质为硅、锗、硫化锌、硒化锌、碳化硅中的任一种，所述的陶瓷透明介质为氧化物、氮化物、碳化物中的任一种
本发明所提供的超材料的高折射率性质与材料及其结构特征密切相关，即，高折射率、低色散超材料需要满足：一、单元结构间间隙为纳米尺度，以此增强单元结构间的电容耦合程度；二、结构的尺寸要小，从而减少电流环路面积，抑制抗磁响应；三、通过改变介电环境来进一步调控结构间电容耦合程度。进一步的，所述的金属纳米线为金、银、铂中的任一种，所述的半导体透明介质为硅、锗、硒化锌中的任一种，所述的陶瓷透明介质为二氧化硅、碳化硅、氧化铝中的任一种，所述金属纳米线间距为2-5nm，直径为3-6nm。
选用金、银、铂等低阻金属作为纳米线材料具有较大优势，首先，由于它们的欧姆损耗低，故超材料体系的吸收会大大减少。另外，纳米线制备过程中可以垂直密排的自组织有序生长，实现纳米线间腔体大小的一致性且线间距控制在2-5nm范围，满足产生强电容耦合的必备条件，另一方面，本发明所制备的金属纳米线直径为3-6nm，在该尺寸下难以在线表面形成电流环路，有效地抑制了抗磁效应的产生，并且与红外波波长差异大，有利于获得低色散特性，进一步优选，所述的金属纳米线为金、银、铂中的任一种，所述的半导体透明介质为硅、锗、硒化锌中的任一种，所述的陶瓷透明介质为二氧化硅、碳化硅、氧化铝中的任一种。
此外，区别于传统的利用溶液自组织方法制备高折射率超材料的方法，本专利具有介电环境可调可控的优势，从而可有效调控整个超材料结构折射率的高低，以银纳米线与锗介质的组合为例，当银纳米线体积百分比在10％-35％时，其折射率在中远红外波段为5-10之间。
本发明还提供了一种具有红外高折射率低色散的超材料的制备方法，包括：
(1)预处理衬底；
(2)选取金属，陶瓷或半导体分别作为共溅射靶材，对步骤(1)预处理后的衬底，在氩气气氛下，溅射时的气压为0.15-0.6Pa，进行多靶磁控共溅射，同时施加等离子体轰击辅助，制得金属纳米线阵列-陶瓷或半导体复合层超材料。
本发明提供的制备方法是通过将金属，陶瓷或半导体作为靶材，共溅射到预处理过的衬底中，在等离子体轰击辅助下，实现纳米线的垂直取向自组织生长，形成金属纳米线阵列-陶瓷或半导体复合层超材料。
步骤(1)中，所述的衬底包括无机非金属材料、柔性材料或半导体材料。
进一步的，所述无机非金属材料包括玻璃、陶瓷、氧化物、碳化物中的任一种；所述柔性材料为PET或PP；所述半导体材料为硅、锗、硫化锌、硒化锌、碳化硅中的任一种。
进一步优选，所述的衬底为石英片、蓝宝石、双抛硅片中任一种。以便于光学测试。
步骤(1)中，所述的预处理衬底的具体步骤为：
采用丙酮、酒精、去离子水依次对衬底进行清洗，清洗过程中，同时进行超声作用，然后进行加热解吸和等离子体溅射清洗。
经处理后的衬底具有较高的清洁度，为金属纳米线-半导体或陶瓷复合结构的较好生长提供了条件。
步骤(2)中，所述的金属靶材的驱动方式为脉冲、射频或直流电源，所述的半导体靶材为脉冲、射频或直流电源驱动，所述的陶瓷靶材采用射频电源驱动。
步骤(2)中，所述的金属靶材的采用的功率范围为0.5-2W/cm2，所述的半导体靶材的采用的功率范围为2-8W/cm2，所述的陶瓷靶材的采用的功率范围为4-12W/cm2，此外，靶距离衬底的距离为75-90mm。
进一步的，而铜、铝活泼金属作为纳米线金属材料时，采用的功率为0.8-2W/cm2；硅、锗等半导体靶采用的功率为2-7W/cm2。
进一步的，所述衬底为二氧化硅、硅、蓝宝石或硒化锌，金属靶材为金或银，采用的功率范围为0.5-2.5W/cm2；半导体靶材为硅、锗或硒化锌，采用的功率范围为2-7W/cm2；陶瓷靶材为二氧化硅、碳化硅或氧化铝，采用的功率范围为2-10W/cm2。
通过对衬底，金属靶材，半导体靶材或陶瓷靶材，以及分别采用的功率范围进行合适的组合，例如银与硅、金与碳化硅，并进行金属纳米线与介质共溅射生长。获得的超材料结构为垂直生长的金属纳米线嵌入在对应介质之中，其中，纳米线之间的间距通常为3-4nm，极大地增强了纳米线之间的电容耦合作用，使得介电常数得到了显著提高，另一方面，纳米线直径普遍在3-5nm之间，纳米级尺寸使得纳米线结构中难以形成电流环路，进而减小了抗磁响应，以及通过高折射率的介质来提高纳米线所处的介电环境，使得折射率数值均得到了巨大的提升，提升幅度在1-5。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)对于垂直于材料表面入射的情况，其在近红外波段存在折射率峰值最高可达7以上，在中远红外波段折射率可保持4.3-10之间某一数值不变，可以有效达到宽带低色散高折射率的要求。此外，从计算模拟的结果显示，该超材料同时具有低消光系数，有望在红外透明介质等领域带来新的应用。
(2)相较于传统的微纳结构制备方法，例如光刻、溶液自组装生长法等，本发明采取的磁控溅射法生长金属纳米线超材料结构不仅工艺简单、成本低、参数调控方便，十分利于大面积生产，此外，获得的复合结构均匀且性质稳定。
(3)从微观结构来看，本发明的金属纳米线间距达到了纳米量级，这大大提高了纳米线间的电容耦合作用，可实现近红外波段折射率的大幅提高。相较于溶液自组装法，本发明的金属纳米线尺寸均匀、缺陷少，且竖直致密生长的纳米线质量高，不需要进一步刻蚀修正。
(4)本发明对于金属以及半导体或陶瓷基体的选择宽松，依据不同折射率需求情况可以选择适当的材料进行制备，即所述纳米线超材料宽带高折射率低色散性质主要来源于微纳结构之间的耦合性质。
(5)本发明对于衬底材料的选择范围较广，可选材料不局限于刚性、柔性、半导体或金属等等，对于此高折射率低色散超材料的应用有着积极的作用。
(6)本发明区别于其它超材料制备方法，可对微纳结构间的介电环境进行调控，即高折射率的半导体或陶瓷母相，进一步提高金属纳米线间的电容耦合作用，从而获得更高折射率和低色散。
附图说明
图1为本发明提供的具有红外高折射率低色散的超材料的结构示意图；
图2为实施例1所制备的银纳米线-硅介质复合结构截面的TEM图；
图3为实施例1所制备的银纳米线-硅介质复合结构所对应的红外透射光谱；
图4为实施例1所制备的银纳米线-硅介质复合结构所对应的折射率与纯硅折射率的对比；
图5为实施例2所制备的银纳米线-硅介质复合结构所对应的红外透射光谱；
图6为实施例2所制备的银纳米线-硅介质复合结构所对应的折射率与纯硅折射率的对比；
图7为实施例3所制备的银纳米线-锗介质复合结构所对应的红外透射光谱；
图8为实施例3所制备的银纳米线-锗介质复合结构所对应的折射率与纯锗折射率的对比；
图9为实施例4所制备的金纳米线-碳化硅复合结构所对应的折射率与纯碳化硅折射率的对比；
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本专利进行详细说明，该说明仅限于解释本发明的具体实施例，不限定本发明的保护范围。
实施例1
首先对衬底进行清洗，依次用丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗双抛硅片、单抛硅片、石英片、蓝宝石10min，以去除表面污染物；洗净后的衬底用氮气吹干，并固定在衬底托盘上；将托盘装载入磁控溅射设备准备室中，依次利用机械泵、分子泵抽真空至真空计示数至10-4Pa以下；打开氩气气路，并通入氩气气流使沉积室气压保持在0.35～0.6Pa，用射频溅射清洗银靶材以及用直流电源清洗硅靶材10min，并施加偏压清洗衬底10min；清洗结束后，调整沉积室气压至0.3Pa，此时控制银靶材溅射功率密度为0.75W/cm2，硅靶材溅射功率为6W/cm2，附加等离子体轰击辅助，其电源功率密度为2W/cm2，同时打开银靶与硅靶前的挡板，开始溅射，沉积时间为3h10 min。时间结束后，关闭银靶、硅靶与偏压驱动电源，即可得到具有高折射率低色散的金属纳米线超材料薄膜，所获复合结构示意图如图1所示。
通过透射电子显微镜(TEM)对上述薄膜样品截面形貌进行观察和分析。图2给出了实施例1中金属纳米线超材料薄膜的截面TEM形貌，从图中可清楚地看出，截面中包含衬底与金属纳米线-半导体复合结构，其中，金属纳米线-半导体复合层厚度为200～210nm。银纳米线垂直并呈一定周期性排列嵌入在硅介质中，其中，银纳米线平均直径为3.5nm，纳米线间间距为2.5nm，金属纳米线体积百分数为15％。
图3为实施例1中金属纳米线超材料的傅里叶红外光谱。该样品所选衬底为双抛硅片，将样品所得红外光谱与纯双抛硅衬底的红外透过光谱进行对比，可以发现，在2μm左右，实施例1所得样品的透过率显著下降，这是由于金属纳米线之间强烈的耦合共振作用，使得折射率达到峰值，银纳米线-硅复合层与空气及衬底的折射率失配度提高导致。同时，在中远红外波段，样品所得透过率曲线与双抛硅衬底的透过率曲线趋势保持一致，仅在数值上有所下降，侧面证明了所获银纳米线-硅复合层具有类似于纯硅的低色散特性，且折射率大于硅。
对实施例1的银纳米线-硅复合层的折射率进行了理论计算，结果如图4所示，该复合结构的折射率相较于纯硅有较大提升，在该填充率下，所获得的折射率在1.4μm处存在最大值为5.8，在大于1.4μm处保持4.3不变。
实施例2
首先对衬底进行清洗，依次用丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗双抛硅片、单抛硅片、石英片、蓝宝石10min，以去除表面污染物；洗净后的衬底用氮气吹干，并固定在衬底托盘上；将托盘装载入磁控溅射设备准备室中，依次利用机械泵、分子泵抽真空至真空计示数至10-4Pa以下；打开氩气气路，并通入氩气气流使沉积室气压保持在0.5～0.7Pa，用射频溅射清洗银靶材以及用直流电源清洗硅靶材10min，并施加偏压清洗衬底10min；清洗结束后，调整沉积室气压至0.3Pa，此时控制银靶材溅射功率密度为1.25W/cm2，硅靶材溅射功率为7W/cm2，附加等离子体轰击辅助，其电源功率密度为2W/cm2，同时打开银靶与硅靶前的挡板，开始溅射，沉积时间为3h。时间结束后，关闭银靶、硅靶与偏压驱动电源，得到具有高折射率低色散的金属纳米线超材料薄膜。
所得银纳米线平均直径为6nm，纳米线间间距为2.5nm，相较于实施例1所得样品，金属纳米线体积百分数具有明显提升为25％。图5为实施例2中金属纳米线超材料的傅里叶红外光谱。该样品所选衬底为双抛硅片，将样品所得红外光谱与纯双抛硅衬底的红外透过光谱进行对比，可以发现，在2μm左右，与实施例1所得样品类似，实施例2的透过率依然出现显著下降。同时，在中远红外波段，样品所得透过率曲线与双抛硅衬底的透过率曲线趋势保持一致，在数值上相较于实施例1有所下降，说明实施例2所获银纳米线-硅复合层具有类似于纯硅的低色散特性，且折射率大于实施例1样品。
对实施例2的银纳米线-硅复合层的折射率进行了理论计算，结果如图6所示，该复合结构的折射率相较于纯硅有更大提升，在该填充率下，所获得的折射率在2.1μm处存在最大值为7，在大于2.7μm处保持5.8不变。
通过改变实验参数，可以对金属纳米线-半导体复合层的微观结构进行有效的调控，从而获得一系列梯度的高折射率低色散超材料光学膜。
实施例3
首先对衬底进行清洗，依次用丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗双抛硅片、单抛硅片、石英片、蓝宝石10min，以去除表面污染物；洗净后的衬底用氮气吹干，并固定在衬底托盘上；将托盘装载入磁控溅射设备准备室中，依次利用机械泵、分子泵抽真空至真空计示数至10-4Pa以下；打开氩气气路，并通入氩气气流使沉积室气压保持在0.35～0.6Pa，用射频溅射清洗银靶材以及用直流电源清洗锗靶材10min，并施加偏压清洗衬底10min；清洗结束后，调整沉积室气压至0.3Pa，此时控制银靶材溅射功率密度为0.70W/cm2，锗靶材溅射功率为7W/cm2，附加等离子体轰击辅助，其电源功率密度为2W/cm2，同时打开银靶与锗靶前的挡板，开始溅射，沉积时间为3h50 min。时间结束后，关闭银靶、锗靶与偏压驱动电源，得到具有高折射率低色散的金属纳米线超材料薄膜。
图7为实施例3中金属纳米线超材料的傅里叶红外光谱。该样品所选衬底为双抛硅片，将样品所得红外光谱与纯双抛硅衬底的红外透过光谱进行对比，可以发现，在中远红外波段，样品所得透过率曲线与双抛硅衬底的透过率曲线趋势保持一致，且在数值上相较于双抛硅衬底透过率下降达到30％，说明实施例3所获银纳米线-锗复合层具有类似于纯硅的低色散特性，且具有更大的有效折射率。
对实施例3的银纳米线-锗复合层的折射率进行了理论计算，结果如图8所示，该复合结构的折射率相较于红外高折射率材料锗也有较大提升，在该填充率下，所获得的折射率在2.5μm处存在最大值为8.9，在大于2.5μm处保持7.9不变。
实施例3显示，该发明可通过调控金属纳米线-半导体/陶瓷介质中的半导体/陶瓷介质来对体系的折射率进行有效调控，使材料选择及折射率的范围有了大幅提升。
实施例4
首先对衬底进行清洗，依次用丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗双抛硅片、单抛硅片、石英片、蓝宝石10min，以去除表面污染物；洗净后的衬底用氮气吹干，并固定在衬底托盘上；将托盘装载入磁控溅射设备准备室中，依次利用机械泵、分子泵抽真空至真空计示数至10-4Pa以下；打开氩气气路，并通入氩气气流使沉积室气压保持在0.5～0.7Pa，用射频溅射清洗金靶材以及用直流电源清洗碳化硅靶材10min，并施加偏压清洗衬底10min；清洗结束后，调整沉积室气压至0.3Pa，此时控制金靶材溅射功率密度为0.75W/cm2，碳化硅靶材溅射功率为10W/cm2，附加等离子体轰击辅助，其电源功率密度为2W/cm2，同时打开金靶与碳化硅靶前的挡板，开始溅射，沉积时间为3h 10min。时间结束后，关闭金靶、碳化硅靶与偏压驱动电源，得到具有高折射率低色散的金属纳米线超材料薄膜。
所得金纳米线平均直径为3.5nm，纳米线间间距为3nm，金属纳米线体积百分数为22.7％。对实施例4的金纳米线-硅碳化复合层的折射率进行了理论计算，结果如图9所示，该复合结构的折射率相较于纯碳化硅有巨大提升，在该填充率下，其折射率值平均为5.8，最大值达到6.2。
实施例4证明，利用不同的金属与陶瓷组合形成纳米线，同样可以方便地获得高折射率低色散超材料光学膜。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有红外高折射率低色散的超材料，其特征在于，包括金属纳米线阵列和介质层，所述金属纳米线阵列垂直嵌入到介质层；
所述金属纳米线阵列由多个金属纳米线组成，长度与介质层厚度相同，所述金属纳米线之间的间距为1-6nm；
所述介质层为半导体；半导体透明介质为硅、锗或硒化锌；
所述的金属纳米线在所述超材料的体积百分数为5％-50％；
所述的金属纳米线的直径为3-7nm。
2.根据权利要求1所述的具有红外高折射率低色散的超材料，其特征在于，所述的金属纳米线间距为1-5nm，金属纳米线在所述超材料的体积百分数为10％-30％。
3.根据权利要求1所述的具有红外高折射率低色散的超材料，其特征在于，所述金属纳米线的长度为150-300nm。
4.根据权利要求2所述的具有红外高折射率低色散的超材料，其特征在于，所述的金属纳米线为金、银、铂、铜、铝中的任一种。
5.根据权利要求4所述的具有红外高折射率低色散的超材料，其特征在于，所述的金属纳米线为金、银或铂，所述金属纳米线间距为2-5nm，直径为3-6nm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的具有红外高折射率低色散的超材料的制备方法，包括：
(1)预处理衬底；
(2)选取金属，半导体分别作为共溅射靶材，对步骤(1)预处理后的衬底，在氩气气氛下，溅射时的气压为0.15-0.6Pa，进行多靶磁控共溅射，同时施加等离子体轰击辅助，制得金属纳米线阵列-半导体复合层超材料。
7.根据权利要求6所述的具有红外高折射率低色散的超材料，其特征在于，步骤(1)中，所述的预处理衬底的具体步骤为：
采用丙酮、酒精、去离子水依次对衬底进行清洗，清洗过程中，同时进行超声作用，然后进行加热解吸和等离子体溅射清洗。
8.根据权利要求6所述的具有红外高折射率低色散的超材料，其特征在于，步骤(2)中，所述的金属靶材的采用的功率范围为0.5-3W/cm2，所述的半导体靶材的采用的功率范围为2-8W/cm2。
9.根据权利要求8所述的具有红外高折射率低色散的超材料，其特征在于，所述衬底为二氧化硅、硅、蓝宝石或硒化锌，金属靶材为银或铂，采用的功率范围为0.5-2.5W/cm2；半导体靶材为硅、锗或硒化锌，采用的功率范围为2-7W/cm2。
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