神奇的超材料——人工电磁结构材料

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神奇的超材料——人工电磁结构材料
Magical metamaterials–Artificial electromagnetic structure material

什么是人工结构电磁材料？ 

中学时老师告诉我们，当一束光从空气斜射入水中，入射光与折射光应该在法线两侧。那么，是否存在这样一种介质，当光入射其中，入射光与折射光位居法线同侧？ 

1968 年，前苏联理论物理学家菲斯拉格 (Veselago) 发现，介电常数和磁导率都为负值物质的电磁学性质，与常规材料不同，从而在理论上预测了上述“反常”现象。超材料的概念便源于此。 

Metamaterial(超材料)，其中拉丁语词根“meta-”表示“超出、另类”等含义，因此一般文献中给出人工电磁材料的定义是“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。”也就是大家津津乐道的“超材料”。 

人工电磁材料（Metamaterials，Meta 材料）是将人造单元结构以特定方式排列形成的具有特殊电磁特性的人工结构材料。

Meta 材料具有自然界中原有材料所不具备的独特性质，其中出现了许多全新的物理现象。目前关于 Meta 材料的物理特性研究，及其在定向辐射高性能天线、电磁隐身、空间通信、探测技术和新型太赫兹波段功能器件等领域的应用研究开始成为国际物理学和电磁学界的研究热点。 


人工电磁结构材料特性及其应用  

2001 年，美国加州大学圣迭戈分校的史密斯教授等人在实验室制造出世界上第一个负折射率的超材料样品，并实验证明了负折射现象与负折射率。翌年，美国加州大学 Itoh 教授和加拿大多伦多大学 Eleftheriades 教授领导的研究组几乎同时提出一种基于周期性 LC 网络的实现超材料的新方法。 

2002 年底，麻省理工学院的孔金瓯教授也从理论上证明了“左手”材料存在的合理性，并称之为“导向介质”，他预言了这种人工材料在高指向性的天线、聚焦微波波束、“完美透镜”、电磁波隐身等方面的应用前景。2006 年，史密斯教授及其在杜克大学的科研小组设计、制造了著名的“隐身大衣”，并成功地进行了实验证明。2009 年又出现了宽频带的隐身衣。2010 年科学家发现了电磁黑洞。 

光子晶体、左手材料、隐身衣等超材料研究成果被美国《科学》杂志先后于 2000 年、2003 年、2006 年选为年度 10 项重大进展之一。《Materials Today》杂志在 2008 年将超材料评为材料科学 50 年中的 10 项重要突破之一。2010 年，《科学》杂志又将超材料列入本世纪前十年的 10 项重要科学进展之一。