2021年4月13日晚，来自南京大学电子科学与工程学院的冯一军教授作为主讲人，为在座的同学开展了“从正到负，左右开弓：浅谈电磁超材料及其应用”的主题讲座。本次讲座中，冯老师以电磁波的传播方式为出发点，为同学们介绍了电磁超材料的发展与衍生，并对未来进行了展望，同学们获益匪浅。

大部分同学们都接触过光学，折射现象也是我们日常生活中常见的物理现象。水的折射率n=1.3>0，而自然界中我们熟知的材料大部分的折射率都大于0，因此我们通常可以概括为光（电磁波）的折射是“正”的世界。那么，有没有小于0的折射率的材料存在呢？

我们生活在正常折射率的世界中，但这世界上是否存在负折射率材料？

1967年，前苏联科学家Veselago院士进行了理论预言，磁导率和介电常数同时为负，即是负折射率材料。2000年美国加州大学圣地亚哥分校的D.Smith教授与J.Pendry教授合作，做出了短线+开口环阵列结构。2001年，负折射率材料得到首次实验验证。

电磁超材料便是人工构成的复合材料或结构，它具有自然界材料不具备的电磁性质。宏观尺度单元结构“人工原子”决定了超材料的电磁波性质，此外，可通过改变基本单元结构实现对超材料的电磁属性进行灵活控制。

衍射极限的突破与我们日常生活息息相关，它意味着光刻精度、DVD容量不再受到限制、光存储容量提升等等。

电磁超材料的另一个应用可以拓展到“隐身”的实现，当然，这目前还是人类在探索中的问题。目前我们所接触到的隐身现象，包括动物的自然选择导致其花纹接近周围环境以及军事飞机的隐身。

2006年，J.Pendry发表了有关电磁隐身（衣）EM Cloaking的文章，提出其实现的关键：实现折射率小于1的材料。近些年来，科学家们致力于在变换光学原理之上来设计隐身衣的结构，虽然目前还没有完全能够达到如同《哈利波特》电影中“隐身衣”的效果，但相信未来一切都有无限可能。

冯老师介绍，超材料在近些年来还有着许多突破。

·2016年，Science的十大突破之一便是哈佛大学的科学家Federico Capasso研制出600纳米厚超材料透镜，超材料透镜可大规模生产，下一步或将应用于手机。对此，加州理工的Andrei Faraon教授直言：“我们制造镜头的方法仍然与数百年前相差无几，这一现状终于在今天得到了改变。”

·南京大学祝世宁院士研究组通过带宽消色差超表面器件成功设计并演示了工作带宽达到450纳米的反射性超构透镜消色差聚焦。

·小米也推出了隔空充电桩概念产品——手机通过卫星信标天线接收充电桩空间定位信号，实现数米内5瓦远距离的充电。

·以及目前备受关注的5G，其瓶颈存在于天线基站功率和数目激增，和功耗、成本、技术复杂度趋近上限。B5G/6G无线通信的备选技术之一，便是智能反射表面技术，它拥有着低功耗、低成本、主动调控电磁波传播路径（信道）的优秀特点！

感谢冯一军教授为我们带来的一场精彩的“从正到负，左右开弓：浅谈电磁超材料及其应用”主题讲座！打破固有的“折射率为正”的思维定势，同学们不仅开阔了眼界，也对电磁材料应用有了更深刻的了解电磁超材料作为新兴的科学技术，其未来应用领域无限广阔。欢迎有志于此的同学们加入冯一军教授的实验室进一步了解和研究！