2、从“灵光一闪”到重大突破

     尽管metamaterial的概念出现于21世纪，但追溯其源头则可以找到上一世纪中后期几位杰出科学家的“灵光一闪”。

1967年，前苏联科学家维克托·韦谢拉戈（Victor Veselago）提出，如果有一种材料同时具有负的介电常数和负的磁导率，这种物质将能够颠覆光学世界，它能够使光波看起来如同倒流一般，并且在许多方面表现得有违常理的行为。然而，众所周知，同时具有负介电常数和负磁导率的材料在自然界中是不存在的，因此，Veselago的预言未能得到科学界的重视，到了20世纪90年代，Veselago的猜想几乎被人遗忘。

直到20世纪90年代中后期，英国物理学家John B. Pendry的工作使韦谢拉戈物质的研究出现了柳暗花明的前景。Pendry将metamaterial的思想（尽管当时metamaterial一词未被使用）引入了负介电常数和负磁导率的材料的构造。他的一个创新性思路是，一种材料，不仅仅只认为是一个均匀的块体，它还可以拥有一些细小的单元。换句话说，材料的电磁特性可以从这些小结构单元中获得，这些小结构合力产生了原本不可能出现的效应。基于这样的思想，Pendry先后提出了可能具有负介电常数和负磁导率的结构单元。在此基础上，美国科学家David R. Smith等人从实验上实现了这些结构单元的负折射。Metamaterial一词，连同具有负折射的“左手材料”一起引起了世界科学界的关注。

与“生不逢时”的左手材料相比，另一类超材料――光子晶体的诞生和发展则幸运得多。1987年，两位美国科学家分别根据各自在不同角度的研究，同时提出了一类在光的波长尺度具有周期介电结构的超材料――光子晶体（photonic crystal）以及与其对应的光子带隙（photonic bandgap）的概念：E.Yablonovitch从抑制自发辐射的角度提出了这一概念的，而S.John则是光子的局域化角度提出的。由于这一突破给光子技术带来的应用前景，两位科学家的工作很快得到了世界各国科学家的强烈响应，并掀起了光子晶体的研究热潮。到1998年和1999年底，由于光子晶体的研究在多方面取得突破，与光子晶体相关的研究两度被Science杂志列为当年世界上的“十大科学进展”，并被该杂志评为预测为未来的六大研究热点之一。事隔7年以后，当光子晶体领域轰轰烈烈的淘金热刚刚有所降温的时候，Science杂志又于2006年底再次将光子晶体列为未来的自然科学的热点领域。

而另一类超材料――左手材料则是在2003年被Science杂志列为当年的“十大科学进展”。三年后的2006年底，由于英美两国科学家利用与左手材料的设计方法相类似的梯度超材料成功实现了“隐身斗篷”的功能，Science杂志又一次将其列为当年的“十大科学进展”。

众所周知，当今自然科学界受到较多关注的重大突破较多来自生物及医学领域，而物理学和材料科学领域则不是热点。而超材料的突破在近几年中能受到整个科学界持续的关注，其科学意义不言自明。

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