◆◆探秘超材料
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超材料（Metamaterial）概念來源於1968年前蘇聯理論物理學家菲斯拉格觀察到的介電常數和磁導率都為負值物質的電磁學特性與常規材料不同的現象和理論預測。
目前所說的超材料（Metamaterial）、超表面（Metasurfaces），是一種人造材料，利用金屬線圈、導線、開口環式諧振器（Split-Ring Resonator，SRR）等人為的方式創造對電場及磁場的反應，所以具有一般自然物質沒有的電磁特性。
正是因為超材料的性質不是由構成的材料決定，而是取決於人工結構，所以在人為設計、控制的情況下，就能以全新的方式對光進行折射和操控，進而創造多種不尋常的光學效果，例如負折射、相位全相片、超級透鏡等，甚至是科幻小說裡的隱形斗篷。
折射率為負的超材料
01
超透鏡
眾所周知，透鏡是光學應用的基礎，在日常生活中被廣泛應用，包括相機、眼鏡、顯微鏡等。而傳統透鏡對不同波長的光有不同的折射率，所以無法把各種色光聚焦在同一點上，於是就產生了“色差”，會模糊成像效果。不同於傳統透鏡，超表面具有在亞波長（Subwavelength）維度下調控電磁波的特性。例如振幅、相位與偏振性。所以對於發展光電元件微型化有極大的幫助。少了層層疊疊的透鏡，未來手機、相機就能大幅“瘦身”。
臺灣“中央研究院”蔡定平團隊自創“集成共振單位”，就是要解決上述問題。身為核心開發人員的王漱明解釋，整個開發流程可以分為四個階段：第一是設計超表面的共振單元，以及想要實現消色差效果，就需要將這些單元進行特殊排布，通過電腦精算設計出超表面結構；第二是樣品的加工製成；第三階段以實驗測試樣品的效果；最後才是進行結果分析。最終，他們成功製作出寬頻且消色差的超透鏡（Achromatic Metalens）。
通過電腦計算最佳排列位置，組成集成共振單位（灰色圖）
02
壓縮致扭轉超材料
卡爾斯魯厄理工學院一研究團隊報告了一種超材料，研究人員通過大量的計算和優化，設計了一個獨特的結構單元。這種結構單元與其他一般材料的結構有一個顯著的不同，就是沒有鏡面對稱性。也就是這種結構單元在鏡子中的像無法與結構單元自身重合，而是變成了另一個方向，如同人的左手和右手。通過先進的三維激光微印製造技術，把不同數量的結構單元堆疊在一起就能加工出同樣具有手性的整體新材料來。在壓力的作用下，手性結構讓這種新材料展現出了不對稱的形變——因為環形結構對力的傳導，受到擠壓的結構單元並沒有像常規材料那樣向四周膨脹，而是發生了扭轉。
這類超材料將會有十分廣泛的應用。例如作為彈性的介質，在其中傳遞的縱波將會被轉化為扭轉波，這類結構將有助於我們理解生物體中（如骨骼中）存在的類似現象，從而促進仿生材料的設。如果運用在建築體中，將能很好的拓展結構設計的範圍。
新的超材料給結構設計帶來了的新的自由度。而對於運用材料的人們來說，新的自由度，就意味著全新的，更加廣闊的想象空間。
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