01 超材料是什么？

超材料（Metamaterial），一般是指“具有自然材料所不具备的超常物理性质的人工材料”。超材料主要有三个特点：一是超出常规材料的物理性质；二是由人工结构构成；三是超常性质来源于所设计的人工结构设计而非构成材料本身的属性。典型的超材料有左手材料、非正定介质等，可用于制作隐身斗篷、完美透镜等。

常规材料的性质主要决定于构成材料的基本单元及其结构，如原子、分子、电子、价键、晶格等，产生了多层次的相互作用。因此，传统材料的设计研究中需要考虑多种复杂的因素、具有一定的不可预见性，其研究手段是半经验式的。超材料的性质源于精细设计的人工结构，可根据需要进行定制。超材料提供了一种全新的材料设计方法和研究范式，有望为诸多应用领域提供颠覆性技术。

02超材料的发展

1968年 前苏联物理学家Veselago，在理论上研究了介电常数和磁导率同时为负值的材料，提出了“左手材料”的概念，并预测了该材料将具有反常的负折射现象。

20世纪90年代后期 英国科学家J.B. Pendry提出了可能具有负介电常数或负磁导率的人工结构。

2001年 美国科学家D.R.Smith等基于这些结构构筑超材料，首次观测到负折射现象。自此，超材料逐渐得到了世界各国的密切关注，并在多研究领域中产生了令人瞩目的成果。

2008年 超材料被《今日材料》杂志评选为材料科学领域“50年中的10项重大成果"之一。

2010年 美国《科学》杂志将其列入21世纪前10年的10项重要科学进展，美国国防部则将超材料列为“六大颠覆性基础研究领域”之一。

03 超材料的应用

利用超材料可对入射波进行调制，产生电磁波弯曲、特殊电磁散射、高效吸波等特殊现象，基于超材料的吸波材料、波束调控器件以及声光电隐身技术，在各类飞行器、舰艇和地面车辆等方面将得到广泛应用。超材料可用于制造高指向性天线、移相器和滤波器的设计，可提高天线的辐射效率、实现相关器件的小型化，除了用于军事装备外，在未来的6G通信等领域也有望发挥作用。基于超材料的光电转换与非线性新机制、以及光波导等光子器件，有望在光通信、光计算和光探测领域得到应用。此外，超材料在医疗器械、智能安防、智能穿戴、自动驾驶等领域中也展现出巨大潜力，国内外科研院所与企业均有研究布局。

参考资料：

《超材料与自然材料的融合（第一卷）：非金属基超常电磁介质》，科学出版社

《超材料》，中国铁道出版社

《超材料概论》，国防工业出版社