簡介,發展歷史,分類,套用,
簡介
一般文獻中給出人工電磁材料的定義是“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。” 電磁超材料，就是具有反常規材料的特性的人工材料，比如負的介電常數，負磁導率等等，電磁超材料是以人造單元結構以特定方式排列形成的具有特殊電磁特性的人工結構材料。
電磁超材料具有自然界中原有材料所不具備的獨特性質，其中出現了許多全新的物理現象。關於電磁超材料的物理特性研究，及其在定向輻射高性能天線、電磁隱身、空間通信、探測技術和新型太赫茲波段功能器件等領域的套用研究開始成為國際物理學和電磁學界的研究熱點。
發展歷史
在電磁超材料概念提出初期，電磁超材料與頻率選擇表面在電尺寸上是有很大差別的，一般電磁超材料微結構尺寸是小於1/10個波長的，而頻率選擇表面單元結構會介於1/10波長與1/2波長之間，隨著兩項技術相互借鑑融合，其基本單元逐漸處於相同的尺寸範圍，因此，後期也把頻率選擇表面作為電磁超材料的一種。
電磁超材料的微結構可由科研人員根據實際需要進行結構設計和組合，實現自然材料所無法達到的超常電磁特性，因此被廣泛套用於成像、通訊和探測等領域中。
2006年J.Pendry首次將轉換光學理論套用於設計隱身器件，給出了設計三維隱身器件所需要的電磁參數。同年，Schurig等人實現了第一個微波段二維隱身器件，但只能減小目標的雷達散射界面，不能實現完美隱身效果。2009年，美國杜克大學史密斯教授團隊與東南大學崔鐵軍院士團隊合作，在《科學》雜誌上發表了二維寬頻隱身器件，實現了新的突破。隨後，崔鐵軍課題組又提出電磁黑洞、三維隱身衣概念。
在通訊方面，2014年，賓夕法尼亞大學的Engheta教授提出數字超材料概念，也就是採用不同介電常數的材料通過排列組合形成新的超材料，最終實現電磁調控效果。同年，東南大學崔鐵軍院士團隊通過控制超表面二極體實現相位和幅值回響的不同，進而實現數位化表征，比如數字“0”為相位差0°，數字“1”為相位差90°，這樣通過偏壓激勵的不同就可以實現像數字“0”和“1”的調控，因此也稱為數字編碼超材料。此種超材料在5G和6G通訊上具有極大的套用潛力。
分類
超材料是一種人工複合材料，也就是這種材料史人造的，自然界中不存在的一種材料，超材料具備這三個特徵：具有特殊人工結構，具有特有的物理特性，並且這種物理特性不取決於材料的本質特性而取決於所組成的人工結構。
電磁超材料最初的定義是具有負折射率的材料，也叫做左手材料，即電磁波在左手材料中傳播時，電場，磁場和坡印廷矢量呈左手關係，而不是普通介質中的右手關係。最初由Victor G. Veselago 教授提出，並預言了這種材料的特殊電磁特性，如負折射特性，逆Cherenkov特性，逆都卜勒特性等，這些特性在後面的實驗中一一得到驗證。
從俠義上來說，根據超材料的等效媒質特性的不同，可以將分為以下幾類：① 具有負介電常數或者負磁導率，從而具有負的折射率，也就是左手材料；②具有零介電常數或者零磁導率，也就是零折射率材料；③具有很大的介電常數或者很大的磁導率等等。
按照超材料的構成結構不同可以分為：傳輸線型超材料，波導型超材料，石墨烯型超材料和塊型超材料等。
按照工作方式不同可以分為諧振型超材料和非諧振型超材料。諧振型超材料一般工作在諧振頻率附近，工作頻帶比較窄，損耗也比較大；非諧振型遠離諧振頻率，工作頻帶比較寬，損耗也較小，但是參數變化範圍也小。
套用
超材料的重大科學價值及其在諸多套用領域呈現出革命性的套用前景得到了世界各國政府、科技界、產業界，以及國防部門的密切關注。美國國防部啟動了關於超材料的多項研究計畫，美國大型的半導體公司如英特爾、美國超威半導體（AMD）和國際商業機器公司（IBM）等也成立了聯合基金資助相關研究。歐盟組織了 50 多位頂尖的科學家聚焦這一領域的研究，並給予高額經費支持。日本在經濟低迷之際出台了一項研究計畫，支持至少兩個關於超材料技術的研究項目，每個項目的研究經費約為 30 億日元。超材料的研究和工程化套用在近年來得到了迅速發展。在電磁超材料方面，科學家對各種電磁諧振結構進行了最佳化，發展出了多種基於金屬線和 SRR 環的衍生結構以及介質結構的人工原子，並設計研製出了隱身斗篷、完美透鏡等新型超材料器件；與此同時，將微納加工技術引入到了超材料的製備， 發展出了可在光學頻段下工作的各種超材料和器件。近年來，超材料也從電磁領域逐漸走向了力學、聲學、熱學以及傳質等領域，一系列具有超常性質 和奇異功能的新型超材料相繼問世。
