在自然材料中,几乎所有材料都是由原子周期性排列组合而成,所以原子通常也被认为是组成物质的最小基本单元。想要通过修改原子的方式来达到设计新型材料的目的在现阶段是难以实现的。然而在人工电磁超材料领域,能够通过设计基本结构单元来获得特殊物理性质,这无疑给人工晶格材料的性能设计提供了一种新颖的思路,即在人工晶格中引入电磁拓扑结构单元以获得新颖的电磁特性。本文提出以一种拓扑非平庸的手性结构—莫比乌斯纽结作为基本结构单元构建人工晶格电磁拓扑超材料。根据电动力学理论计算可知,电磁波传播到金属莫比乌斯纽结表面会发生散射,在电磁场中纽结的表面电子会沿着其拓扑构型运动。由于结构中几何相位因子的存在,电子在运动过程中会产生相位变化,相位变化累计一个周期后会产生一个Berry相差,从而使激发出来的电磁波与入射波相互干涉而发生抵消的现象,在其透射系数频谱上表现为一个本征透射峰,这一本征谐振特性和电磁超材料结构单元所具有的经典电谐振特性完全不同:本征谐振所导致的吸收类似于电子自旋所导致的能级劈裂,因此具备很强的鲁棒性,对于入射电磁波的极化角度、极化方式、晶格排布方式、晶格常数、级联效应等因素均不敏感。上述理论计算已被实验及仿真结果所验证:通过设计莫比乌斯纽结模型并仿真计算和制备实际样品在微波暗室中测试得到的电磁波传输透射系数频谱,可以发现除了在11 GHz附近的电谐振峰之外,还会在5.95 GHz处产生由于一个Berry相差导致的透射峰,也就是与我们理论计算相符合的本征谐振峰。采用具有拓扑不变性的手性莫比乌斯纽结作为基本结构单元,我们一共构建了六种晶格的二维人工晶格电磁拓扑超材料:四方晶格、斜方晶格、长方晶格、有心长方晶格、六角晶格和蜂巢型晶格。电磁模拟计算和实验结果都说明了这些由莫比乌斯纽结构建的二维人工晶格拓扑材料的鲁棒性非常强,透射系数谱上的本征谐振峰位置不会随着晶格排布方式、晶格间距、电磁波极化方式和一定范围的电磁波入射角度而变化,这些都是电谐振型器件如天线、滤波器、频选表面等所不具备的优势。此外我们还构建了三维的人工晶格电磁拓扑超材料,其中本征谐振峰同样具有高度的拓扑稳定性,多层二维材料的级联效应也不会影响到其本征谐振频点的位置,而电谐振峰会发生明显的宽化现象。利用人工晶格电磁拓扑超材料的鲁棒性,我们可以设计很多性能更加稳定的雷达天线、频率选择表面、滤波器、吸波器等国防军工和电子通讯领域常用的器件。