基于文献计量学的全球超材料研究

　　1 问题的提出

　　超材料（Metamaterial）的出现始于 21 世纪的物理学领域，对于 metamaterial 一词，目前尚未有一个严格的、权威的定义，各种不同的文献上给出的定义也各不相同。但一般文献中都认为metamaterial 是“具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料”[1].超材料最初被称为左手材料（LHM）或负折射材料（NIM），由前苏联理论物理学家 Veselago 在 1968 年最先提出[2].近年来，超材料的研究开发得到世界各国政府、研究机构、企业的高度重视。迄今发展出的“超材料”包括“:左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”等。随着超材料的应用范围扩大，其面临着加工技术的挑战以及物理学、材料学等方面的困难[3].作为一个具有国家战略意义的新兴研究方向，我国相关研发机构已经越来越意识到超材料的应用潜力。

　　因此，本文运用文献计量学对全球超材料的研究进行分析，揭示目前超材料的研究概况和研究方向。本文分析数据来源于Thomson Reuters 的 Web of Science 核心合集数据库，以主题词的方式检索，检索时间为 2015 年 1 月 7 日，检索时间段为 2000-2014 年。检索到文献 14 526 篇，其中，研究论文 10 558 篇，会议论文 3 773 篇，综述 208 篇。分析工具主要是 EXCEL 和 TDA 软件。

　　2 年发文量分析

　　图 1 是 2000-2014 年超材料相关研究文献的时间分布情况，从图 1 中可以看出，随着时间的推移，研究超材料的文献大体呈现出上升的态势，表明全球范围内对超材料的关注度不断上升。其中，2000-2003 年期间，超材料相关研究处于萌芽阶段，发表相关文献的篇数从几篇到几十篇；从 2004 年开始，发文量大幅度上升，除 2010 年和 2014 年有小幅下降外，发文量整体呈现快速增长的态势，2013 年的发文量达到顶峰。2008-2014 年，超材料相关研究发文量都超过 1 000 篇，其中，2012 年和 2013年的发文量达到 2 000 篇以上，表明近年来学者对超材料的研究相当重视。

　　3 主要研究国家分布

　　图 2 是超材料相关文献发文量在 400 篇以上的国家分布情况。发文量达 400 篇以上的国家有美国、中国、德国、英国、法国、西班牙、俄罗斯、韩国、日本、加拿大、意大利、新加坡和澳大利亚，共 13 个。其中，发文量最多的是美国和中国，分别有 4 168 篇和 3 449 篇，其发文量分别占总文献量的 28.69%和 23.74%,表明这两个国家对超材料进行了大量的研究。其次是德国、英国，发文量分别为 873 篇和 864 篇，剩下的 9 个国家发文量差别不大。

　　美国和中国的发文量远远高于其他国家，与政府的支持力度息息相关。例如，在 2000 年底，美国国防部“国防高级研究计划署”---DARPA（Defense Advanced Research Projects Agency）重点提出关于超材料的研究计划，旨在联合美国大学和研究机构的研究优势对超材料技术进行攻关。近年来，我国国家自然科学基金、国家 973 计划、国家预研技术等均在超材料的基础研究方面给予了一定支持。

　　从国家的分布来看，发文量在 400 篇以上的亚洲国家有 4个，分别为中国、韩国、日本和新加坡，其余为欧美国家，表明超材料的研究集中于亚洲及欧美国家。从文献篇均被引频次来看，美国、德国、英国的篇均被引频次最高，达到 20 次/篇以上。从平均水平看，亚洲国家的文献篇均被引频次明显低于欧美国家，其中，中国的文献篇均被引频次仅高于亚洲国家韩国和日本。这表明，虽然亚洲国家在超材料的研究上比较积极，但文献的质量总体上不如欧美国家。其中，中国、韩国和日本的文献质量上升空间较大。

　　4 主要研究机构分布

　　表 1 是超材料研究的前 10 名研究机构名单。从国家分布来看，发文前 10 位的机构来自中国、美国、新加坡、俄罗斯和英国。

　　从发文数量来看，中国和美国的发文量最多，其中，发文量前 4位的机构都来自中国，表明中国研究机构正积极开拓超材料研究领域，以中国科学院、浙江大学、南京大学、东南大学为代表，在国际上已形成了有一定影响力的研究队伍，在超材料的发文量方面已赶超美国研究机构。从论文被引情况来看，美国的普杜大学和杜克大学、英国的伦敦大学超材料相关研究的篇均被引频次较高，表明普杜大学、杜克大学和伦敦大学在超材料的研究质量较高。相对而言，中国研究机构虽然在发文量上赶超其他国家，但在文献质量上与美国、英国相比，处于相对低下的水平。因此，我国超材料相关文献质量有较大幅度提高的空间，在研究上，除了要注重发文的数量外，更需要注重文献的质量。

　　5 主要研究出版物及研究方向

　　表 2 是 2000-2014 年超材料研究刊登前 10 位的出版物名单。从出版物的分类来看，刊登前10位的包含7个杂志和3个会议论文集。其中，在《光学快讯》和《应用物理学快报》上发表的超材料研究文献最多，分别为940篇和818篇。表3显示了2000-2014年超材料相关文献的主要研究方向。从研究方向的分布看，超材料相关文献的研究方向主要有物理学、工程学、光学、电信学、材料学、化学、计算机等领域，表明目前超材料的应用领域的涉及面相当广泛。其中，应用最多的领域是物理学，其次是工程学和光学。

　　6 全球及中国高影响研究论文

　　全球和我国高被引频次前 5 位的论文情况见表 4 和表 5.通过分析可知，全球被引频次前 5 位的文献有 4 篇来自美国，包括3 篇来自加州大学和 1 篇来自杜克大学，剩下的 1 篇来自英国伦敦大学。表明美国加州大学在超材料方面的研究文献影响力较高。从表 5 来看，我国高被引文献排前 5 的研究机构是东南大学、苏州大学、浙江大学、香港大学和同济大学。从被引总频次来看，与世界水平相差较大，被引总频次相对来说处于低等水平，再一次说明了我国文献影响力较弱的事实。

　　7 结论

　　进入 21 世纪以来，超材料的关注度不断提高，发表的相关文献从无到有，从少到多，超材料的研究应用已深入到各个领域。综上分析结果，超材料的相关研究集中于欧美和亚洲国家，其中，美国和中国在超材料的成果数量上远超过其他国家。但从文献的被引情况来看，亚洲国家的文献质量总体低于欧美国家水平，特别是中国、韩国和日本，虽然超材料相关研究成果不少，但其发表的文献质量和影响力还有待进一步提高。从文献的出版物和研究方向来看，超材料的研究主要与物理学、工程学、光学、电信学、材料学有关。近年来，我国对超材料的研究关注度很高，已形成一批具有国际影响力的研究队伍，正在不断努力开拓超材料领域的研究应用。学者们也在各个领域发表了大量文献，这些文献中，虽然也有少数文献的被引用情况达到百次以上，但相对欧美国家，这些文献的影响力与其相比还有一定的差距。因此，国内学者在超材料的研究上应更加关注研究的质量。

　　参考文献

　　[1] 超材料[EB/OL][.2015-01-01].

　　[2] 王总，朱文君，唐玲。超材料技术发展概览[J].军民两用技术与产品，2012（7）：27-29.

　　[3] 毕科，周济，赵宏杰，等。基于铁磁共振的超材料研究进展[J].科学通报，2013,58（19）：1785-1795.