电磁超材料是21世纪初新兴的一类复合结构光电信息功能材料，其性质由它的单元结构决定，而不是其化学成分。通过设计单元结构我们可以实现自然界不存在的大范围介电常数及磁导率，如小于零、等于零或非常大，从而突破现有原理和技术的限制，灵活调控光及电磁波。由于超材料的特殊性能，它能实现科幻大片里的隐身斗篷等神奇的效应，因此超材料研究自1999年第一次实验实现负折射以来逐渐成为国际上（包括国内）材料科学，光学，凝聚态物理和电磁学领域共同的研究热点。10月19日下午，哈尔滨工业大学肖淑敏教授做客“大学城新论·名家讲座”开讲《科技与幻想：电磁超材料技术与应用》，为大家揭开电磁超材料奇特世界的奥秘。
初识超材料
讲座刚开始，肖教授以成语故事一叶遮目，小说《哈利波特》中的隐形衣以及科幻电影《星际迷途》中的隐形设备，这些有趣的科学梦想带领读者走近超材料的世界。
肖教授首先为读者讲解光与材料的相互作用，自然界材料与人造原子的特性，一步步帮助读者建立知识体系。肖教授随后通过将自然材料与超材料进行对比来揭示超材料的三个重要特征：第一是具有新奇人工结构的复合材料；第二是具有超常的物理特性（往往是自然界的材料中所不具备的）；第三是其性质往往不主要决定于构成材料的本征性质，而决定于其中的人工结构。
肖教授介绍到，超材料这一新的观念尚未被学术界，特别是材料学界完全接受。不过，作为一种材料设计理念，已开始为越来越多的学者所关注，曾多次被美国《科学》杂志评为“年度十大科学突破”之一。我国政府对超材料技术高度关注，分别在863计划、973计划、国家自然科学基金等科技计划中予以立项支持。在电磁黑洞、超材料隐身技术介质基超材料，以及声波负折射等基础研究方面，我国已取得原创性成果。
超材料的应用研究
具体讲到超材料的技术与应用时，肖教授将内容分为五部分：第一部分为负折射率超材料；第二部分为超透镜；第三部分为完美隐身；第四部分为超构表面和第五部超材料未来研究方向。
负折射率超材料部分，肖教授先为读者讲解折射率，随之为读者深入介绍电谐振超材料与磁谐振超材料。电谐振超材料相对来说已经有了很长的发展历史，由于技术相对比较简单和成熟，已经很难追述最早出现的的电谐振材料。据肖教授介绍，随着微纳米制备技术的发展，各种各样的电谐振超材料都可以被制备出来。为了让读者直观的理解负折射率现象，肖教授以一幅有趣的负折射率图来解释这种现象。接着肖教授分别讲解了微波、光波方面的负折射率材料和其发展现状。
超材料在隐身领域具有潜在的重要应用价值。传统的吸波材料是利用材料对入射电磁波的吸收来实现隐身的，但是在电磁波传播的方向会形成一个阴影，所以如果采用基于检测前向博创数的多基雷达技术仍然有被侦查到的可能。肖教授介绍，超材料可以让传播的光线改变传播方向，绕过目标物，仿佛目标物不存在一样，实现完美隐身的目的。随后，肖教授还为读者讲解了地毯式隐身、三维光学隐身、光学幻想技术等原理。
接着肖教授一点点讲解学术界如何以最小作用量原理为基础，通过欧拉公式，在光学领域中得出费马最小光程原理，最终导出Snell定理的研究过程，以此原理对超构表面进行研究。目前，超构表面的实验结果几乎和理论模拟完全符合。超构表面的优势和应用主要表现为三方面：第一，无通常透镜具有的单色像差；第二：超轻、超薄（50万倍），成本低（纳米压抑技术）、集成度高；第三最明显的用途为摄影及显微术，也能应用于信息存储等，或者是任何能取代传统透镜的地方。因为这种平面透镜只有几十纳米厚，重量也非常的轻，对于航天飞行器中成像技术的革新具有非常重要的意义。
讲座过程中，肖教授还向读者讲解了超透镜的原理、工作方式、实验实现以及低损耗超透镜的实现和应用。
最后，肖教授表示，超材料是个多学科交叉领域，还有很多研究方向与应用价值等待我们去开发。
讲座课件：
科技与幻想：电磁超材料技术与应用.pdf
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