超材料（Metamaterial）与过去一直研究和应用的铜、铁、半导体等原子、分子以及纳米级...


别的材料不同，是一种全新材料，它提供了一种可以让人们随心所欲制造具有许多特殊物理性质的全新思路与方法。可以说，超材料是继高分子材料、纳米材料之后材料领域又一重大突破，将对世界科技发展产生重要影响。     超材料的基本设计思路是以某种具有特殊功能的人工结构为基础，设计材料关键物理尺度的结构，以得到不受自然规律限制的天然材料不具有的超常功能。超材料类似于自然界中存在的晶体结构物质，通过原子的有序排列和有序调节，使得晶体材料显示出一些无定型态所不具备的物理特征。而超材料可以理解为人们通过各种层次的有序结构实现对各种物理量的调制，从而获得自然界中在该层次上无序或无结构的材料所不具备的物理性质。    超材料的种类超材料一词在1999年被 Rodger 首次提出，其范围主要包括左手材料、光子晶体、电磁晶体、超磁性材料、频率选择表面、人工磁导体、基于传输线结构的超材料、等离子结构的超材料等。    负折射率材料。负折射率材料的基本原理来自于电磁学理论，用来表示某一种物质的电磁性质的是介电常数和磁导率这2个基本物理量。如果这2个常数都是负数就被认为“不具有任何物理意义”。前苏联科学家韦谢拉戈（Veselago）在20世纪提出了介电常数与磁导率可能同时为负的理论，并构想了一种具有负折射率的材料（图1），由于它违反了光学定律，人们普遍认为它只是科学家臆想出来的理论，并不可能实际存在。然而，2003年英国帝国理工学院的彭德利(Pendry)通过理论计算得出了2个重要推论：①间距在毫米级金属细线的格子中具有类似等离子体的物理行为，共振频率在GHz与低于此频率时介电常数出现负值；②利用非磁性导电金属薄片构成开环共振器组成的方阵（见图2），可实现负的有效磁导率，而且负的磁导率是可调的。这个理论为人工实现超材料带来了可能，实现这种理论的材料在自然界的物质中是无法达到的，但通过人为设计最终有可能达到。     零折射率超材料。2006年，Pendry又设计了零折射率超材料，可以用于制备“隐形斗篷”（如图3）。因为光在负折射率材料中的折射与常规材料中的折射是相反的，因此，光从正...