如果你有了隱形斗篷，你想做什麼？

從小就是「哈迷」的知力君，至今仍不時回想起《哈利·波特》那跌宕起伏的情節，也為其間各類奇妙的魔法神器而著迷。其中，哈利的一身隱形斗篷尤其給我留下了深刻的印象——在最危急的關頭，它總能幫助主人轉危為安。那時候，知力君總是幻想能擁有那件隱形斗篷，甚至暗搓搓地想：有了隱形斗篷，我就可以擁有一切啦，太爽啦！然而，時光匆匆流逝，知力君還是一個沒有隱形斗篷的小屌絲~就在知力君要放棄的時候，有報道稱，科學家們已經製造出了能讓物體「隱形」的材料。它就是超材料。這是真的假的？我讀書少，你可別騙我！

超材料是何方神器？這麼酷炫！

雖然超材料的概念直到21世紀才被提出來，但最早的相關研究恐怕要追溯到大約半個世紀以前了。早在1967年，就已經有科學家對這類具有超常物理性質的材料進行過理論上的設想。原來這麼早就開始了，那時候知力君在哪兒呢？

科學家維克托·韋謝拉戈（Victor Veselago）曾指出，如果有一種材料同時具有負的介電常數和負的磁導率，那麼它將顛覆整個光學世界——它能夠使光波看起來如同倒流一般，並且在諸多方面都將表現得有違常理。或許是太過於石破天驚，維克托·韋謝拉戈的設想未能立即引起學界的重視。數十年光陰悄然而逝，這一設想竟然幾近無人問津。

直到20世紀末，約翰·潘德瑞的研究取得了重大突破，這才讓維克托·韋謝拉戈塵封多年的設想再度成為人們熱議的焦點。（約翰大神，你太厲害了，請接受我的膝蓋！）

約翰·潘德瑞前瞻性地引入了超材料的概念。他開創性地指出，不應當只是將材料看作一個均勻的塊體，而應當關注組成它的微小單元。

從這一思想出發，約翰·潘德瑞提出了可以兼具負介電常數和負磁導率的結構單元。隨後，戴維·R·史密斯等在此基礎上，首次製造出了在微波波段具有負介電常數和負磁導率的材料。他們讓一束微波射入銅環和銅線構成的人工介質，使得微波以負角度偏轉。

由於電磁波在這種材料內部進行傳播時，波矢k、電場E和磁場H之間符合左手定律，因此這種材料也被稱為左手材料或負群速度材料。可以說，超材料的問世在物理學史上具有里程碑式的意義。超材料，連同具有負折射率的左手材料一起，備受世人矚目。

2003年與2006年，美國著名期刊《科學》兩度將「左手材料」的相關研究列為當年的「十大科學進展」。就這樣，隨著科技的進步，昔日只能出現在科幻世界裡的「隱形斗篷」，如今不再是那樣的「不切實際」。

看來，用不了多長時間，隱形斗篷就要走進我們的生活啦！期待！

超材料，前途無量，偶看好你哦！加油！

不同種類的超材料在各自的領域中都可謂大放異彩。今天，知力君就選擇性地介紹兩種最具代表性的、也最為人所熟知的超材料——左手材料與光子晶體。快來好好學一下吧！沒準你也能製作出隱形斗篷呢！夢想一定要有，萬一哪天實（jian）現（gui）了呢！

左手材料

左手材料具有負的相速度、負的折射率、理想成像、逆多普勒頻移、反常切倫科夫輻射等物理性質。利用材料的這些反常特性，可以實現諸多奇妙的功能。例如，我們可以利用左手材料製作出具有超高解析度的、不會丟失信息並將所有能量完全複製到成像點的理想透鏡，可以用作天線覆層以提高天線的定向性、確保通信的保密性與高效性，可以製作微波部件（如濾波器等）以顯著減小部件的體積，可以控制電磁波傳播方向、阻止信號向人腦方向傳播從而避免手機輻射對人體造成的傷害，等等。

光子晶體

在當代信息業中，有一個大夢想，即是用光子代替電子傳遞信息。光子具備電子所不具備的優勢。用光子代替電子做載體，不僅可以提高傳輸速率，還可以提高信息的攜帶量。更重要的是，光子之間的相互作用明顯弱於電子間的相互作用，因而光子通信可極大降低傳輸過程中的能量損耗。

超材料，物理學新視界，崇拜！

如今對超材料的研究可謂是如火如荼，這不僅是因為它能對人們的生活以及科學技術的發展產生深遠的影響，而且是因為它提供了一種全新的思維方式，讓我們得以重新審視這個早已司空見慣了的物理體系。

超材料的出現並沒有違背物理學中的基本規律，然而，經過設計的精細構造卻賦予了它超常的物理特性。這無疑是人類智慧的結晶。

儘管目前超材料的應用大都還只停留在理論階段或者僅僅是一個雛形，但我相信，在未來的某一天，我將真正擁有一件屬於自己的隱形斗篷，而不必只是將它當作一個美麗的幻想。

超材料，便將是我們通往夢想的一把最真實的鑰匙。

（本文選自《知識就是力量》雜誌2015年12月刊《漫談超材料：從哈利·波特的斗篷說起》一文，作者：馮敏行，原創作品，轉載請註明出自知識就是力量微信公眾號）

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