$古鳌科技(SZ300551)$  基本概念
“超材料”一词最初由美国德克萨斯州大学奥斯汀分校Rodger M. Walser教授提出，用来描述自然界不存在的、人工制造的、三维的、具有周期性结构的复合材料。尽管各种科学文献给出的定义也各不相同，但一般都认为“超材料”是具有通过人工结构作为基本功能单元、能够实现自然材料不具备的超常物理性质的人工材料。
自然材料特性主要由构成材料的微观粒子（如分子、原子等）的本征属性和排列形式（如晶格化、非晶格化等）决定。但微观粒子的物理尺寸很小，仅能和波长与之可比的微观物理场（如可见光）相互作用，对宏观物理场（如微波、声波等）的操纵能力有限。为解决该难题，超材料技术通过构建尺寸介于微观粒子和宏观物理场波长之间的人工微结构，增强对宏观物理场特性的操纵能力，突破自然材料的能力边界，例如实现负介电常数、负磁导率、零折射率和等效负质量等，解决科学和技术发展的迫切需求（例如完美隐身、超分辨透镜等）。更重要的是，超材料技术仅通过结构尺寸的精细设计即可定制宏观物理场响应，颠覆了传统自然材料体系需要研究组分特性、寻找适当配比的材料合成方式，实现了基于宏观物理场认知的按需逆向设计。
早在20世纪60年代，苏联科学家V.G. Veselago提出的一个思想实验。他预测，如果有某种材料同时具有负的介电常数和负的磁导率，电磁波在该材料中传播时的电场矢量、磁场矢量以及波矢量之间的关系将不再遵循经典电磁学中的“右手定则”，而呈现出与之相反的“左手关系”，这时材料中电磁波的波动方向和能量传播方向相反，并表现出一系列有违常理的行为，例如光的负折射、反常多普勒效应、倏逝波放大、完美透镜效应，以及反常切连科夫辐射等。然而，众所周知，同时具有负介电常数和负磁导率的材料在自然界中是不存在的，因此，Veselago的预言在相当长的时间内未能得到科学界的重视。
直到20世纪90年代后期，英国帝国理工学院的John Pendry爵士提出用周期排列的细金属线和开口谐振环结构在微波段分别实现等效负介电常数和负磁导率的新思想。基于该思想，美国加州大学圣地亚哥分校的David Smith教授在2001年首次实验制备了左手材料，利用电路板加工方法，制备了金属线与SRR结构阵列复合结构，直接观测到了微波频段的左手性电磁波透射通带和负折射行为。这一突破常规物理认知的材料立即引起了物理学界与工程界的极大关注和广泛讨论。为了定义这类人工材料，美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Rodger Walser教授于2000年在美国物理学会春季年会上正式提出超材料（Metamaterial）的概念，即一种通过人工构造周期结构来实现电磁谐振激发的、非天然存在的宏观三维复合材料。之后，超材料的理念被推广至声学、力学和热学等其他学科，用以实现其他反常物理特性，例如力学中的负刚度、声学中的负模量、热学中的负膨胀等。