基于量子力學原理，加州理工學院(CIT)和瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院(ETH)的工程師們聯(lián)合研究出一種設(shè)計超材料的系統(tǒng)性辦法，為超材料的應用開發(fā)搭建了一個基本的框架。

　　新材料的一種：超材料

　　超材料是什么?

　　《哈利·波特》中的這款隱身衣采用的就是一種負折射率超材料。

　　雖然看起來很炫酷，但事實上這種材料的成分沒有什么特別之處，其奇特性質(zhì)主要源于材料本身精密的幾何結(jié)構(gòu)以及尺寸大小。

　　超材料是一種新型、具有特殊性質(zhì)的人工材料，一般的材料都是由原子組成，而超材料的最小組成單元是可以自由設(shè)計的。它擁有一些特別的性質(zhì)，如讓光、電磁波改變它們通常的性質(zhì)。

　　目前，對于超材料的研發(fā)主要還處于理論研究和負折射率超材料的研制上。

　　左邊折射率為正 右邊折射率為負

　　在2001年，Science雜志上刊載了美國Smith教授及其團隊的研究成果，他們成功制備了在微波波段具有負折射率的材料;后來在2006年，依據(jù)負折射率特性，J. B. Pentry教授在微波波段提出了隱身斗篷的概念，即材料可以完全吸收光線;近日，哈佛大學研究團隊也研發(fā)出了一種將所有可見光聚集到一個點的濾鏡，為VR/AR硬件上的創(chuàng)新帶來可能。

　　不被認可的超材料，痛點在缺乏實際成果

　　對于超材料，大多數(shù)人認為現(xiàn)在只是在炒作這一概念，并沒有實際意義。這主要是因為現(xiàn)有的實際成果十分之少，且都尚處于實驗室階段。

　　CIT和ETH的研究團隊看見了這樣的痛點，Chiara Daraio教授就表示，包括自己的材料研究在內(nèi)，目前所有的實驗嘗試都是隨機的，并沒有一個系統(tǒng)的方法來指導和支撐大家進行開發(fā)和研究，所有研究進度受到了阻礙。

　　為了解決這個問題，Daraio教授領(lǐng)導的研究團隊將研究方向轉(zhuǎn)到了量子力學領(lǐng)域。對此，Daraio解釋道：“每個粒子都是微小的物質(zhì)，并且與相鄰的物質(zhì)保持一種聯(lián)系，當入射波進入時，粒子，或者與相鄰粒子的共同作用會對其作出反應。我們就恰好通過研究粒子的特性，然后將這一設(shè)計應用到宏觀材料的設(shè)計上。”

　　理論到實際，只需一臺計算機

　　作為這一系統(tǒng)性辦法的證明，Daraio教授的團隊據(jù)此通過計算機模擬出了10×10厘米的硅晶片，其該硅晶片由100個通過相互連接的小板組成。當晶片被超聲波刺激時，只有角部的板振動，其他板塊仍然保持靜止。

　　此外，Daraio團隊還基于該方法對此前研究的一系列矩形毫米板制成的超材料進行設(shè)計上的調(diào)整，結(jié)果他們很快就創(chuàng)造了一個完美的聲學透鏡，這款透鏡可以聚焦聲音而不會丟失信號。

　　結(jié)語

　　這一方法的提出對于超材料的實際應用有極大的推動作用，對于未來的應用，Daraio教授表示，這項工作也可用于設(shè)計光學超材料、天線和光學信號處理設(shè)備。