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“超穎材料（metamaterials）”：超越天然材料的自然極限（1）

引自北京清大周濟教授Blog

1、 “超穎材料（metamaterials）”的基本定義

“Metamaterial”是本世紀物理學領域出現的一個新的學術辭彙，近年來經常出現在各類科學文獻。拉丁語“meta-”，可以表達“超出…、次…、另類”等含義。對於metamaterial一詞，目前尚未有一個嚴格的、權威的定義，各種不同的文獻上給出的定義也各不相同。但一般文獻中都認為metamaterial是“具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工複合結構或複合材料”。在網路上頗有影響的維基百科（Wikipedia）上，對metamaterial一詞是這樣解釋的：

In electromagnetism (covering areas like optics and photonics), a meta material (or metamaterial) is an object that gains its (electromagnetic) material properties from its structure rather than inheriting them directly from the materials it is composed of. This term is particularly used when the resulting material has properties not found in naturally formed substances.

這一解釋可能是迄今對metamaterial這一概念給出的最符合科學規範的定義，儘管這一定義從目前的觀點看過於狹隘（該定義似乎只針對電磁領域的材料，而實際上，最新的研究metamaterial已經包括一些聲學材料）。從這一定義中，我們可以看到metamaterial重要的三個重要特徵：

（1）metamaterial通常是具有新奇人工結構的複合材料；

（2）metamaterial具有超常的物理性質（往往是自然界的材料中所不具備的）；

（3）metamaterial性質往往不主要決定與構成材料的本征性質，而決定於其中的人工結構。

目前人們已經發展出的這類“超材料”包括光子晶體、左手材料、以及超磁性材料等等。